眺望·眺望访谈｜子午工程提高空间气候预警水平——专访中国科学院院士王赤

liukang20242个月前 (04-26)吃瓜入口202

我国科学院院士王赤

从子午工程一期开端，全球空间环境地基监测研讨的重心开端向我国搬运，子午工程二期将完结这个重心的搬运，我国将完结空间环境从认知才能向认知与保证才能偏重的提高

太阳活动是地球灾祸性空间气候之“因”，地磁暴等近地空间环境呼应是太阳风暴与地球空间环境彼此效果之“果”。为了研讨日地空间气候因果链，子午工程二期经过自主立异打破了一系列要害勘探技能

以子午工程为根底，我国科学家首先提出并主导施行世界子午圈大科学计划（IMCP）

文 |《眺望》新闻周刊记者扈永顺

当时，我国太空财物规划继续强大，在轨航天器数量已超1000颗，位居世界第二。灾祸性空间气候严峻威胁太空财物安全，据统计在轨卫星毛病有一半左右是遭到空间气候事情影响。

国家展开变革委批复建造的“十三五”国家严峻科技根底设备——空间环境地基归纳监测网（子午工程二期）近来已正式经过检验，这是我国建成的世界首个掩盖日地空间全圈层（太阳大气-行星际-磁层-电离层-中高层大气）的归纳性空间环境地基监测设备，标志着我国空间环境地基监测才能跃居世界抢先位置，也进一步增强了对我国航天器的空间气候保证才能。

“子午工程一期建成后，我国空间环境地基监测的归纳性才能获得严峻展开，空间气候服务开端成系统化，近5年咱们供给了空间站、探月工程等60屡次严峻航天使命的空间环境保证服务。”我国科学院院士、我国科学院国家空间科学中心主任王赤告知《眺望》新闻周刊记者。从子午工程一期开端，全球空间环境地基监测研讨的重心开端向我国搬运，子午工程二期将完结这个重心的搬运，我国将完结空间环境从认知才能向认知与保证才能偏重的提高。

世界协作中，正在推进的世界子午圈大科学计划，将使我国假势构成全球辐射才能，使得我国空间环境地基监测研讨才能完结从“跟跑”“并跑”到“领跑”的逾越。

我国空间气候服务成系统化展开

《眺望》：为什么要重视空间气候？

王赤：当时人类活动逐步逾越陆地、海洋和低层大气的约束，向着更广袤的日地空间延伸。日地空间环境是指地表20～30千米（平流层顶）以上直至太阳外表的宽广区域，涵盖了物理性质不同的中高层大气、电离层、磁层、行星际空间和太阳大气等五大圈层，是由太阳不断向外输出的巨大能量和物质与地球大气彼此效果而构成的。日地空间是当时人类航天活动、空间开发使用的首要区域，是与人类生计展开休戚相关的“第四环境”。

日地空间规模内的灾祸性空间气候可导致卫星失效、通讯中止、导航误差、电网瘫痪等严峻危险。2022年，一次中等空间气候事情导致SpaceX的38颗“星链”卫星提早坠入大气层作废。2024年5月，激烈的太阳风暴突击地球，稀有的极光现象呈现在我国北方区域，全球多地呈现大面积短波通讯中止、天波超视距雷达勘探才能严峻下降、全球导航卫星系统（GNSS）失锁等突发状况。

提高空间气候预告预警水平，是抢占空间气候科技制高点、满意国家展开战略的迫切要求。

《眺望》：子午工程在空间科学研讨与使用服务中发挥了哪些效果？

　王赤：地基监测是六合一体化空间环境监测系统中的重要组成部分和根底，我国地基监测阅历了从零散观测到归纳集成的展开途径。子午工程是我国空间科学范畴的首个国家严峻科技根底设备，旨在建造一个归纳性的地基空间环境监测系统。2012年子午工程一期经过国家检验，正式投入运转。至今已阅历了一个太阳周（11年），为提高我国空间环境研讨和使用水平作出了重要奉献。

研讨方面，子午工程一期获得了一系列打破，首要会集在对我国空间环境区域特征的研讨、空间气候扰动的传达规则以及不同空间圈层之间的物质和能量耦合等方面。使用方面，工程为我国重要的空间环境预告保证单位供给了自主数据，使用于载人航天、深空勘探等多项国家严峻使命的保证中。

子午工程二期能够完结从太阳外表迸发、行星际传到达地球空间呼应的全链条追寻监测。在我国本乡、地球南北极区完结对近地空间（地磁、电离层、中高层大气）的协同网络化监测，然后助力日地空间环境全体改变机理、空间物理根本物理进程等前沿科学研讨，并为我国空间气候预告和预警服务供给要害的自主数据。

在试运转期间，子午工程二期展示出杰出功能，如成功捕捉到2024年5月超级磁暴事情，完好记载日地空间环境对太阳活动呼应的全进程，展示了其对空间气候事情的快速、高精度、大局监测才能。使用子午工程二期的监测数据，已宣布科技论文96篇，获批专利等48项。

现在子午工程一期和二期已交融运转。比较世界上其他监测要素和手法较为单一的地基监测网络，如地磁监测网络MAGDAS、世界超级双极光雷达网SuperDARN、世界GNSS服务IGS等，子午工程在世界上掩盖规模最广、监测要素最全、归纳才能最强，完结了空间气候链锁改变进程端对端的全体监测，将对太阳活动-日地传输-对地影响的全进程研讨发生严峻影响。

　自主立异打破要害勘探技能

《眺望》：子午工程的监测架构是怎样的？

　王赤：地球的磁力线大致沿经线（子午线）散布，空间气候事情一般都沿磁力线传达和演化，而跟着地球自转，使用子午线上台站联合勘探可完结对空间环境进行扫描观测，类似于给地球空间环境做CT。选用地磁（电）、无线电、光学等手法，可接连监测地球外表20千米到几百千米高度的中高层大气、电离层和磁层，以及十几个地球半径以外的行星际空间。

子午工程一期使用东经120°子午线邻近（北起漠河，经北京、武汉，南至海南并延伸到南极中山站），北纬30°邻近（东起上海，经武汉、成都，西至拉萨）我国的15个观测台站，建造了87台不同类型的监测设备。子午工程二期在一期根底上新增了16个台站，并提高一期台站的归纳勘探才能，构成沿东经100°、120°，北纬40°、30°两纵两横式布局的31个台站、282台监测设备的空间环境监测系统。

太阳活动是地球灾祸性空间气候之“因”，地磁暴等近地空间环境呼应是太阳风暴与地球空间环境彼此效果之“果”。为了研讨日地空间气候因果链，子午工程二期经过自主立异，新增了一系列先进的太阳-行星际监测设备（“一链”），用来监测太阳风暴-日冕活动、日地行星际传达这一要害链条；选用地磁（电）、无线电、光学等手法，对我国区域的电离层、中高层大气、地磁构成网络化的监测才能（“三网”），用来监测地球空间环境的扰动；在极区高纬、北方中纬、海南（南边）低纬、青藏高原4个要点区域建造世界先进的大型监测设备，展开对空间环境的精密“显微”勘探（“四聚集”），完结对一些具有特别空间气候现象以及对我国区域影响较大区域的监测。

　《眺望》：子午工程二期打破了哪些要害勘探技能？

王赤：工程的最大特点是其完好的日地空间归纳监测系统，使其具有对日地空间进行端对端的全体勘探研讨才能。工程二期新增了一系列勘探才能世界抢先的大型监测设备，其间包含全球最大归纳孔径射电望远镜——圆环阵太阳射电成像望远镜，完结了最大视场到达10个Rs（太阳半径）的接连安稳的太阳射电成像与频谱观测才能以及日冕射电活动的三维层析；世界首台全时节观测阵列式大口径激光雷达完结勘探高度200～1000千米，其信号灵敏度是世界同类设备的100～200倍；全球勘探才能最强的三站式相控阵非相干散射雷达，完结上千千米电离层的CT扫描和3重量速度矢量勘探才能；我国首台行星际闪耀望远镜，太阳风三维结构反演才能世界抢先。

推进以我为主的多边世界科技协作

《眺望》：我国在世界空间气候预告中发挥了什么样的效果？

王赤：子午工程大幅提高了我国在空间科学范畴展开世界协作的凝聚力和话语权，推进了以我为主的多边世界科技协作。

例如国家空间气候监测预警中心使用子午工程自主监测数据，顺利完结多轮世界民航安排（ICAO）空间气候世界值勤使命。依照ICAO要求，世界民航安排全球空间气候中心（我国）（CRC-CHN）作为当值中心，担任监测全球规模内影响航空运转的空间气候事情，制造和发布航空空间气候产品，并供给空间气候情报咨询服务。依托子午工程监测数据制造的空间气候产品，有效地使用在ICAO服务中，包含空间气候日报产品和ICAO空间气候咨询报。在世界航空空间气候全球服务布景下，显示我国空间气候监测以及预告预警才能。

2024年1月，世界空间环境服务安排我国区域警报中心落户怀柔科学城。子午工程是我国区域警报中心事务展开的重要数据根底。我国区域警报中心继续向世界空间环境服务安排供给和交流每日空间气候指数和事情预告产品，展开空间气候预告技能交流和全球和谐协作，将为全球一同应对空间气候灾祸，构建人类命运一同体继续做出我国奉献。

《眺望》：世界子午圈大科学计划发展怎么？

王赤：空间气候是全球性问题，需求全球合力参加。子午工程一期对能量怎么从高纬传到达低纬、从地球磁层外部传到达磁层内部的研讨，跨出了全球性空间气候研讨的第一步。子午工程二期能够完结空间气候观测从太阳到地球的全进程，完结全球性空间气候研讨的第二步。以子午工程为根底，我国科学家首先提出并主导施行世界子午圈大科学计划（IMCP），这是全球性空间气候监测研讨的第三步。

IMCP的方针是完结对日地空间环境全纬度、全天候、日不落的立体观测，处理太阳风暴、地球磁场改变等全球性应战难题，为应对空间气候灾祸、和平使用空间、在外空范畴推进构建人类命运一同体供给科学依据。

IMCP计划将联合跨过东经120°、西经60°子午圈沿线的十余个国家或区域的千余台仪器构成全球散布式地基勘探网络，其全球地基散布网络能够把地球空间变为物理信息的三维网格，凭借地球自转，每12个小时生成一张地球空间环境的“核磁共振图画”。并与天基勘探卫星相结合，在要害格点对要害进程进行具体确诊。一同，近千台不同品种的仪器设备彼此定标，将全网络的丈量肯定基准维持在一个安稳精准的基线上，不断完善地球环境监测才能目标。例如，地球磁场现在以每百年10%的速率衰减，导致太阳能量粒子和宇宙射线对地球大气的效果大幅增强。这一改变是否影响气候及其他环境要素，需求IMCP这样长时间、安稳和归纳的全球性观测来判别。

IMCP自提出以来得到了世界热烈呼应，数百位世界科学家参加规划。来自我国、巴西、俄罗斯、泰国、法国、美国等国的20多个研讨机构，以及世界安排积极支持和参加。世界子午圈总部于2023年落户怀柔科学城。中巴空间气候联合实验室作为世界子午圈计划在海外建造的先行演示，与巴西国家空间研讨院一同建立了南美区域的空间气候监测网络。IMCP的蓬勃展开，将大幅度提高我国在世界空间界的位置和影响力，为人类一同应对全球性的空间气候应战供给我国计划。■

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