表2 科学目标对空间低频探测阵列单元数目的需求Table 2 Unit number estimation for a space low- frequency radio array targeting scientific objectives低频射电辐射源 偶极子单元 阵列（单元数目）宇宙黑暗时代 全球辐射信号检测 功率谱特性探测（约100 ～1 000）行星射电 太阳系行星射电爆发/雷电 系外行星射电（约100 ～1 000）行星际射电爆发 爆发源动力学频谱 爆发源定位追踪（约10）

4 行星射电爆发探测方法进展

行星射电爆发发生在HF和更低频段，通常的方法是使用不同频带和分辨能力的低频射电频谱仪进行探测。伴随着射电天文技术的数字化和软件化新进展，相比20世纪的经典频谱探测技术，对行星射电爆发的探测也在技术方法上取得了多方面的进展。包括：①采用数字化高性能低频超宽带探测载荷对行星爆发的抵近和环绕探测；②月球与行星环绕器搭载的探地和大气探测雷达被动复用探测行星射电爆发；③地面探测方法的专业化发展。

行星射电爆发探测最具挑战和信息量最大的探测，是使用专用的跨LF-MF-HF-VHF超宽频段、高分辨率、全数字化的无线电和等离子体波探测仪（WAVES）或频谱探测仪器设备，对行星开展抵近、飞掠、环绕探测。探测使用的天线设备频率感知低至10 KHz，带宽达到几十到上百MHz，并使用高动态范围的全数字化信号采集观测记录模式，星上试验了自主的频谱信号分析技术。条件允许的探测器，还搭载了多极化探测单元，对爆发的方向性以及空间磁场特性有更细致的感知和把握。

多科学目的空间载荷复用技术方法，是空间科学探测的发展趋势之一。绕飞行星进行浅层结构和物质探测的低频雷达，可以使用其被动测量模式，对环境中的行星射电爆发进行探测。如日本的月球探测器KAGUYA/SELENE，携带了大型的探月雷达在HF低频波段开展工作。我国的火星探测器也将借鉴采用类似的方式开展行星际射电探测。

由于HF通信技术的发展和其它一些原因，行星射电爆发的地面探测，长期处于业余无线电爱好者使用相对简易的软件无线电定义的数字化接收设备，倾听记录木星射电爆发的状态。伴随着对空间天气的地面射电监测技术的发展和射电天文平方千米阵列国际合作的发展，来自许多国家的地面专业化大型的太阳射电频谱监测设备以及LOFAR低频射电阵列等，开启了对行星射电爆发的专业化探测，更灵敏、精细地探测了木星的射电辐射爆发。个别大型设备如“阿雷西博”（Arecibo）射电望远镜，对陨石撞击月球产生的宽频带范围的低色散FRB进行了试验观测，取得了有价值的探测信息，也为我国FAST望远镜和其它大型多波束射电望远镜指明了一个崭新的FRB探测方向。

5 “嫦娥四号”行星低频射电观测机会

“嫦娥四号”月球探测任务搭载了两种低频射电探测载荷：设置在着陆器上的低频射电频谱仪和设置在鹊桥中继通信卫星上的中荷合作低频射电探测仪。两种设备都采用了可以展开到5 m正交的3极子天线，工作频段覆盖数十kHz到数十MHz。着陆器低频射电频谱仪的高频段探测能力充分考虑了木星射电辐射探测需求，截止到40 MHz[42]；中荷合作低频射电探测仪，充分考虑宇宙学探测需求，高频段频率可以达到80 MHz。贾瑛卓等对载荷的基本特性进行了描述[43]对载荷的基本特性进行了描述。

着陆器低频射电频谱仪于2019年1月开始工作，在每个月昼开展数天到10 d左右的观测，每天获得数小时的观测数据。作为搭载载荷的中荷合作低频射电探测仪2019年底也在轨实现了天线展开，3个天线分别展伸达到了超过2、3、4 m的长度，初步的测试和分析表明其具备了在150 kHz以上开展探测工作的基本条件。就单一载荷探测而言，两台载荷目前都已具备开展针对太阳、木星、月球空间环境和宇宙背景的射电辐射探测的能力；中继星低频射电探测仪还具备在MF频段开展地球AKR射电辐射爆发的能力，发掘AKR不同时间尺度的时变特性。

上述两台低频射电载荷都配备性能较好的时频参考信号源，结合星地链路的时间同步操控，以及根据目前地面和空间的设备状态，可以开展空间的独立观测和星–地协同观测，以及基于地面观测的稳定性对同步的空间观测提供定标支持。载荷与地面对木星爆发的协同观测，有机会实现首次地–月基线干涉测量，获得精度比目前高两个量级的木星射电爆发空间位置，优化木星射电爆发统计规律或模型。

在地球表面和地月空间观测木星射电爆发的最佳选择是，当地球和木星位于太阳的同一侧时观测木星的10米波Io-DAM射电爆发。这类爆发包括A、B、C 3种类型。图7给出了Io-A、Io-B、Io-C爆发的可见机会的木卫一轨道位置和CML空间位相的相对关系[31]。以能量最强的Io-B爆发为例对可观测条件予以说明，要求在地球–木星直线连线上，以木星质量中心为起点，以地球指向木星方向矢量为0°起算逆时针计量，当木卫一位于轨道上经度位置65°～110°区间并且中央子午线经度CML位于95°～195°区间时，在地球或地月空间可以探测这类爆发。“嫦娥四号”任务中继通信卫星“鹊桥”搭载的低频射电仪，几乎不受空间几何遮挡影响，存在可长期随时加电供电开展工作的可能性，对HF和VHF频段的木星DAM射电爆发观测是一个有利的设备，期望可以获得比地球同类设备多得多的探测时段，以及观测更低频段的频率覆盖。

文章来源：《北极光》 网址: http://www.bjgzzs.cn/qikandaodu/2021/0522/743.html