由物理學院單旭副教授為主任設計師，地球和空間科學學院和物理學院組成的空間等離子體科學探測載荷研制團隊，聯合航天五院513所等單位，近期成功研制北斗三號衛星低能離子探測載荷（LEIS）。載荷研制成果論文以“A low-energy ion spectrometer with large field of view and wide energy range onboard a Chinese GEO satellite”為題被OpenAstronomy期刊接受發表，首次在軌觀測結果以“First results of the low-energy ion spectrometer onboard a Chinese geosynchronous satellite”為題在線發表在SCIENCE CHINA Technological Sciences期刊。

空間低能離子是空間等離子體探測的基本要素，衛星載荷的原位探測數據不僅可以用來研究太陽活動及其太陽風對行星際空間和行星磁場的作用、磁層結構及其動力學、磁場重聯和環電流現象等空間物理，而且還能對空間天氣極端事件予以預警，為衛星或飛船的安全運行提供保障。因此，絕大部分的探測衛星都會攜帶空間等離子體探測載荷。與國際先進的低能粒子載荷相比，我國的同類載荷相對落后，獲得第一手的基準數據較少，相關科學和應用研究受限。在王水院士、竇賢康院士等人倡議下，2012年地空學院汪毓明團隊、物理學院陳向軍團隊和安琪/劉樹彬團隊聯合組建了中國科大空間低能粒子有效載荷研制團隊，由單旭副教授任載荷主任設計師，帶領團隊進行關鍵技術攻關。2014年團隊完成了空間低能離子譜儀原理樣機和性能定標，2015年2月順利通過專家組評審。2016年3月團隊承擔實踐十八號衛星載荷研制任務，得益于前期的技術攻關，在一年時間內完成了原理樣機、鑒定件和飛行件航天產品研制，并于2017年2月交付裝星，7月衛星發射。載荷研制成果論文以“A low-energy ion spectrometer with half-space entrance for three-axis stabilized spacecraft”為題發表在SCIENCE CHINA Technological Sciences（2019,62: 1015-1027）期刊。審稿專家評價“It is very encourage to see the compact and capable ion spectrometer developed by a Chinese University. After comparing the parameters of their instrument with similar ones, this LIES shows higher capability than other spectrometers.”(看到中國大學研制出緊湊、功能強大的空間離子譜儀，非常令人鼓舞。與同類儀器參數相比，該譜儀比其它離子譜儀具有更高的性能)。

圖1.衛星發射與在軌運行：左圖為2020年6月23日衛星發射圖（來自央視新聞）；右圖為衛星載荷在軌運行示意圖。

圖2.在軌觀測結果：左圖為空間離子的能量微分通量隨能量和時間的變化；右圖為空間離子的能量微分通量隨能量變化的定量數據。

2018年團隊承擔北斗三號衛星等離子體探測包的低能離子載荷研制任務，在上款載荷的基礎上，進一步拓展了離子能量探測范圍；提高了能量和角度分辨率；減小了載荷功耗、尺寸和重量。載荷飛行件產品于2019年11月交付，2020年6月衛星發射成功（見圖1）。2020年8月27日首次開機測試正常，2021年9月23日正式開始科學數據測量。圖2為首次在軌測量結果，從左圖可以看出由磁暴/亞暴導致離子通量變化的典型特征，以及衛星表面充電帶來的離子聚集。右圖給出了離子微分通量的定量數據，與美國NASA的Van Allan探測結果一致，數據質量達到國際先進水平。相關研究結果近期在線發表在中國科學-技術科學期刊上，審稿專家評價“The results are quite interesting, and the acquired scientific data are important in studying the magnetospheric ion dynamics as well as monitoring space environment.”(結果非常具有吸引力，獲取的科學數據對研究磁層離子動力學和監測空間環境很重要)。

北斗三號衛星低能離子載荷的成功研制，標志著中國科大空間低能粒子載荷研制團隊和平臺建設日趨成熟，已經具備承擔相關國家空間探測計劃任務的能力。

中國科大單旭副教授為上述論文的第一作者和通訊作者，繆彬副研究員為首次在軌觀測成果論文的共同第一作者，汪毓明教授為項目負責人、論文的共同通訊作者。該工作得到中科院、基金委、北斗辦、中國科大、513所等單位的資助和支持。

論文鏈接：

https://www.sciengine.com/SCTS/doi/10.1007/s11431-022-2143-6

https://www.sciengine.com/SCTS/doi/10.1007/s11431-018-9288-8