Proba-3是一項開創性的任務，它依靠兩個太空船的團隊合作來揭開太陽的秘密。當Coronagraph 太空船捕捉到太陽外層大氣的微弱光輝時，Occulter 太空船就像一面盾牌，擋住了太陽圓盤的強光。 但占星儀的作用不僅僅是輔助，它本身也是一個科學平台，裝有一個創新儀器，用於持續測量太陽的總能量輸出。

Proba-3 的一對衛星將在高橢圓軌道上圍繞地球運行，執行編隊飛行任務，並對日冕進行科學研究。 遮蔽者衛星面向太陽的一面將安裝太陽能板。 圖片來源：ESA-P. 卡里爾

Proba-3 是一項非同尋常的任務，需要兩個太空船協同工作才能取得成功。 日冕儀太空船的任務是觀測太陽微弱的外層大氣，但要做到這一點，它的搭檔–帶圓盤的占星儀太空船必須精確地阻擋太陽的強光。 這種設置使占星儀始終面向太陽，使其本身成為一個有價值的科學平台。

2024 年9 月，Proba-3 Occulter（前方）和Coronagraph（背景）太空船在Redwire Space 的無塵室中進行測試。 圖片來源：紅線太空公司

在占星儀面向太陽的一側，安裝了一台專用儀器，用於持續測量太陽的總能量輸出，即太陽總輻照度。 這項測量是了解地球氣候的關鍵因素，因為它代表了地球的主要能量輸入。

這次任務的儀器是鞋盒大小的達沃斯絕對輻射計（DARA），由瑞士達沃斯物理氣象觀測站（PMOD）開發提供。

熱真空測試活動中看到的Proba-3 的DARA 輻射計。 圖片來源：PMOD

“研究人員過去常說’太陽常數’，但實際上它總是在發生微小的變化，”PMOD 的DARA 首席研究員Wolfgang Finsterle 解釋說。 “追蹤太陽總輻照度至關重要，因為它是地球表面的主要能量輸入。它相當於地球上可用能量的99.978%，包括儲存在煤炭和石油中的太陽能。它驅動著地球氣候的所有動態過程，因此，即使是最微小的變化也會產生巨大的影響。

SOHO 是歐空局和美國國家航空暨太空總署的一個國際合作計畫。 SOHO 的科學研究範圍從太陽炙熱的內部，到可見的表面和狂風暴雨般的大氣層，再到遙遠的區域，在那裡，來自太陽的風與來自恆星間的原子微風展開了激烈的爭鬥。 圖片來源：歐空局

一個多世紀以來，位於山區的PMOD一直在研究太陽總輻照度，最初使用地面儀器，後來從1970年代開始部署天基輻射計，以獲取連續的資料集。世界氣象組織授權PMOD作為世界輻射中心，負責校準聯合國全球監測計畫中的輻射測量數據。

沃夫岡補充說：”太陽總輻照度隨太陽活動的11 年周期而變化，尋找長期能量漂移的最明顯方法之一就是比較連續太陽極小值之間的太陽總輻照度。”

Proba-3 的鞋盒大小的達沃斯絕對輻射計（DARA）安裝在任務的Occulter 太空船的向陽面上，將保持對太陽總能量輸出（稱為太陽總輻照度）的連續測量，這是氣候研究的一個重要變數。 資料來源：PMOD

這需要長時間序列的數據，最好是來自多個儀器的數據，因為單一輻射計的靈敏度會因持續暴露於太陽光中的硬紫外線而下降。 儘管如此，任何衰減都是非常緩慢的：例如，1995 年發射的歐空局-美國國家航空暨太空總署SOHO 太陽觀測站上的輻射計仍在令人滿意地工作。

DARA 的基本運作原理非常簡單。 輻射計有一個直徑為5 毫米的腔體，腔體由塗黑的銀製成，具有低溫發射率。 每次15 秒鐘，太陽光會加熱空腔內部，然後空腔入口處的快門葉片會自動關閉。

Proba-3 動畫。 資料來源：歐空局

在接下來的15 秒鐘裡，電熱會維持腔體之前的溫度–維持這一溫度所需的能量被推斷為太陽總輻照度的單位，即每平方米瓦特。

這個過程將持續儀器的整個使用壽命–DARA 採用的驅動快門設計已在PMOD 的真空室中進行了數百萬次的開關測試。

成對的Proba-3 衛星將採用高橢圓軌道，遠地點（或軌道頂端）約60,000 公里，近地點為600 公里。 日冕儀觀測的基礎是在兩顆衛星之間形成人造日食，以及在遠地點進行主動編隊飛行實驗，在衛星繞圈接近地球時進行被動編隊飛行。 圖片來源：ESA – P. Carril， 2013

沃夫岡補充說：”DARA改進了先前的輻射計設計，優化了腔體設計，最大限度地減少了不必要的雜散光，並採用了多通道測量系統進行自我校準。 這一代儀器還具有全數位控制迴路，可以進行更高頻率的觀測試驗。

負責監督其開發的PMOD 公司的維爾納-施穆茨（Werner Schmutz）指出，這種輻射計設計的兩個版本已經試飛： 2017年，一個名為”CLARA”的緊湊型版本搭載在Noway公司的NorSat-1立方體衛星上，至今仍在運行，而之前的”DARA”則搭載在2021年發射的中國風雲-3E氣象衛星上。 因此，我們對這項設計非常有信心，只要Proba-3占星儀指向太陽，它就能在精度半度範圍內運作。 “

Proba-3 的DARA 與以前的輻射計的主要區別在於它的軌道非常長，將在地球表面上空60000 公里處運行。 DARA 可以根據距離的遠近自動調整太陽圓盤大小的微小變化–這也是地球每年圍繞太陽運行的橢圓軌道造成的。 輻射計只需要知道它在太空中的位置，它的資料收集工作就能補償這個變化。

編譯自/ ScitechDaily