
子午工程臺(tái)站和空間環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備配置示意圖
(科學(xué)時(shí)報(bào)記者 鄭見(jiàn))從某種意義上講,地球也是茫茫太空中的一艘“飛船”,人類有必要探索和掌握這艘飛船旁邊的風(fēng)浪和暗礁。
東半球空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測(cè)子午鏈工程(簡(jiǎn)稱子午工程)是人類監(jiān)測(cè)空間和探知空間科學(xué)的前沿陣地?!八鼘楦黝愑脩籼峁┩暾⑦B續(xù)、可靠的多學(xué)科、多層次的空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。同時(shí),也為我國(guó)的航天、通信和導(dǎo)航以及空間安全保駕護(hù)航。”子午工程總工程師、中科院空間中心副主任王赤對(duì)記者說(shuō)。
整裝待發(fā)
“2012年子午工程將完成國(guó)家驗(yàn)收,轉(zhuǎn)入正式運(yùn)行。我們已經(jīng)制定了子午工程長(zhǎng)期運(yùn)行方案,也包括2012年的運(yùn)行計(jì)劃?!蓖醭嗾f(shuō)。
“邊建設(shè),邊運(yùn)行,邊產(chǎn)出”是子午工程立項(xiàng)前就提出的建設(shè)原則。
2010年,子午工程進(jìn)入調(diào)試和試運(yùn)行階段,開(kāi)始根據(jù)不同情況展開(kāi)常規(guī)模式和任務(wù)/事件模式試運(yùn)行。目的是檢驗(yàn)各運(yùn)行單元的指標(biāo)和系統(tǒng)總體的功能、性能,數(shù)據(jù)流暢通性以及系統(tǒng)間協(xié)同工作的能力。
在今年9月20日到10月20日的聯(lián)合測(cè)試期間,子午工程11家共建單位聯(lián)合三大系統(tǒng),利用分布在我國(guó)區(qū)域東經(jīng)120度和北緯30度附近的21種、70余臺(tái)監(jiān)測(cè)設(shè)備開(kāi)展聯(lián)合測(cè)試。期間設(shè)備匯交科學(xué)數(shù)據(jù)文件18.7萬(wàn)個(gè)。截至聯(lián)試結(jié)束,數(shù)據(jù)中心收集科學(xué)數(shù)據(jù)文件191萬(wàn)個(gè),共計(jì)448.31GB。聯(lián)試期間標(biāo)準(zhǔn)化加工產(chǎn)出數(shù)據(jù)文件1576個(gè),總計(jì)58.02GB,可視化加工產(chǎn)出數(shù)據(jù)文件1.5萬(wàn)個(gè),總計(jì)1.19GB。
“試運(yùn)行過(guò)程中我們及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決了一些出現(xiàn)的問(wèn)題,并確定了運(yùn)行模式和運(yùn)行管理架構(gòu)。最重要的是為工程的正式運(yùn)行積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。”王赤說(shuō),“從監(jiān)測(cè)地域范圍覆蓋、空間圈層到參數(shù)均滿足要求,檢驗(yàn)了子午工程對(duì)空間環(huán)境綜合監(jiān)測(cè)能力和系統(tǒng)間的協(xié)同工作能力。在聯(lián)合測(cè)試過(guò)程中,正值天宮一號(hào)發(fā)射,子午工程民用預(yù)報(bào)服務(wù)平臺(tái)的相關(guān)預(yù)報(bào)產(chǎn)品得到了應(yīng)用,發(fā)揮了很好的支撐作用?!?/p>
第四環(huán)境的三維監(jiān)測(cè)
空間是地球除陸地、海洋、大氣之外的第四環(huán)境,空間科學(xué)探測(cè)與研究的主要范圍也是航天、通信、導(dǎo)航和空間軍事等高科技活動(dòng)的重要場(chǎng)所。
太陽(yáng)電磁輻射(可見(jiàn)光、X射線、紫外輻射等)沿子午線的天頂角效應(yīng),及地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的效應(yīng),使地球空間環(huán)境具有隨時(shí)間、地域差別的全球三維結(jié)構(gòu)。它們對(duì)磁層結(jié)構(gòu)、電離層結(jié)構(gòu)、帶電粒子和等離子體輸運(yùn)過(guò)程等起到重要的調(diào)控作用,使許多基本空間物理過(guò)程沿子午圈發(fā)生。
隨著地球自轉(zhuǎn),子午圈上的空間環(huán)境將經(jīng)歷白天和黑夜的變化,可對(duì)地球上空的空間環(huán)境進(jìn)行全球掃描。因此沿子午線配置空間環(huán)境監(jiān)測(cè)鏈,對(duì)于了解近地空間環(huán)境全球結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律具有重要科學(xué)意義。
我國(guó)空間環(huán)境的地基監(jiān)測(cè)歷史悠久,但是過(guò)去的地基監(jiān)測(cè)多屬單個(gè)臺(tái)站進(jìn)行孤立的監(jiān)測(cè),沒(méi)有形成協(xié)調(diào)統(tǒng)一的觀測(cè)體系。子午工程利用北起漠河,經(jīng)北京、武漢,南至海南并延伸到南極中山站,以及東起上海,西至拉薩的15個(gè)綜合性觀測(cè)臺(tái)站, 建成一個(gè)以鏈為主、鏈網(wǎng)結(jié)合的監(jiān)測(cè)平臺(tái)。
子午工程由空間環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)與通信系統(tǒng)和研究與預(yù)報(bào)系統(tǒng)組成,工程布局地磁、無(wú)線電、光學(xué)以及探空火箭等多種探測(cè)手段,包括23種95臺(tái)套監(jiān)測(cè)設(shè)備,分布在全國(guó)15個(gè)臺(tái)站,成為地域分布最廣的大科學(xué)裝置。
子午工程建成了很多國(guó)際先進(jìn)的監(jiān)測(cè)設(shè)備,如非相干散射雷達(dá)、甚高頻雷達(dá)等,關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)成為工程建設(shè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
今年5月7日7時(shí)整,子午工程首枚探空火箭成功發(fā)射。
“本次發(fā)射是我國(guó)空間環(huán)境監(jiān)測(cè)探空火箭沉寂20年后的再次升空,是中國(guó)火箭探空事業(yè)一個(gè)新的里程碑?!蓖醭嗾f(shuō),“子午工程是我國(guó)科學(xué)家結(jié)合科學(xué)研究、航天活動(dòng)、國(guó)家安全等需求,以及我國(guó)地域特征而創(chuàng)造性提出的,是充分聯(lián)合國(guó)內(nèi)資源,獨(dú)立建設(shè)的我國(guó)第一個(gè)空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測(cè)項(xiàng)目?!?/p>
探索和挑戰(zhàn)
子午工程在國(guó)際上也備受關(guān)注。2010年8月,美國(guó)《空間天氣》雜志以封面文章對(duì)子午工程作了介紹。雜志編輯用“雄心勃勃”、“影響深遠(yuǎn)”、“震撼”等詞匯評(píng)述子午工程。
以子午工程為基礎(chǔ),中國(guó)科學(xué)家率先發(fā)起“國(guó)際子午圈計(jì)劃”,旨在通過(guò)國(guó)際合作,充分利用國(guó)外資源,向北延伸至俄羅斯,向南經(jīng)過(guò)東南亞相關(guān)國(guó)家、澳大利亞等,并和西半球60度附近的子午鏈構(gòu)成第一個(gè),也是唯一環(huán)繞地球一周的空間環(huán)境監(jiān)測(cè)子午圈。
國(guó)際子午圈計(jì)劃將與俄羅斯、澳大利亞、加拿大、美國(guó)、巴西等國(guó)的近百個(gè)監(jiān)測(cè)臺(tái)站進(jìn)行合作,共同對(duì)子午線附近空間環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè),實(shí)現(xiàn)日夜24小時(shí)、全球緯度的同時(shí)觀測(cè)。
2012年,子午工程將在地球空間環(huán)境對(duì)行星際擾動(dòng)的響應(yīng),地球空間各圈層的耦合,以及子午鏈上空間天氣傳播過(guò)程等方面進(jìn)行探索和研究。
“這將大幅提升子午工程認(rèn)知空間的能力。但子午工程系統(tǒng)復(fù)雜、探測(cè)方法全、監(jiān)測(cè)設(shè)備多、地域分布廣、共建單位多,從而給工程實(shí)施和管理帶來(lái)很大困難?!蓖醭嗾f(shuō),“各個(gè)系統(tǒng)、設(shè)備的協(xié)調(diào)工作,各種探測(cè)數(shù)據(jù)的綜合處理和分析都沒(méi)有成熟經(jīng)驗(yàn)可借鑒,因此是極具挑戰(zhàn)性的探索?!?/p>