作者:郑见 来源:科学时报 发布时间:2011-12-19 8:21:18
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探知空间的十字方阵
子午工程即将转入正式运行

子午工程台站和空间环境监测设备配置示意图
 
郑见
 
从某种意义上讲,地球也是茫茫太空中的一艘“飞船”,人类有必要探索和掌握这艘飞船旁边的风浪和暗礁。
 
东半球空间环境地基综合监测子午链工程(简称子午工程)是人类监测空间和探知空间科学的前沿阵地。“它将为各类用户提供完整、连续、可靠的多学科、多层次的空间环境地基综合监测数据。同时,也为我国的航天、通信和导航以及空间安全保驾护航。”子午工程总工程师、中科院空间中心副主任王赤对记者说。
 
整装待发
 
“2012年子午工程将完成国家验收,转入正式运行。我们已经制定了子午工程长期运行方案,也包括2012年的运行计划。”王赤说。
 
“边建设,边运行,边产出”是子午工程立项前就提出的建设原则。
 
2010年,子午工程进入调试和试运行阶段,开始根据不同情况展开常规模式和任务/事件模式试运行。目的是检验各运行单元的指标和系统总体的功能、性能,数据流畅通性以及系统间协同工作的能力。
 
在今年9月20日到10月20日的联合测试期间,子午工程11家共建单位联合三大系统,利用分布在我国区域东经120度和北纬30度附近的21种、70余台监测设备开展联合测试。期间设备汇交科学数据文件18.7万个。截至联试结束,数据中心收集科学数据文件191万个,共计448.31GB。联试期间标准化加工产出数据文件1576个,总计58.02GB,可视化加工产出数据文件1.5万个,总计1.19GB。
 
“试运行过程中我们及时发现和解决了一些出现的问题,并确定了运行模式和运行管理架构。最重要的是为工程的正式运行积累了丰富经验。”王赤说,“从监测地域范围覆盖、空间圈层到参数均满足要求,检验了子午工程对空间环境综合监测能力和系统间的协同工作能力。在联合测试过程中,正值天宫一号发射,子午工程民用预报服务平台的相关预报产品得到了应用,发挥了很好的支撑作用。”
 
第四环境的三维监测
 
空间是地球除陆地、海洋、大气之外的第四环境,空间科学探测与研究的主要范围也是航天、通信、导航和空间军事等高科技活动的重要场所。
 
太阳电磁辐射(可见光、X射线、紫外辐射等)沿子午线的天顶角效应,及地球自转和公转的效应,使地球空间环境具有随时间、地域差别的全球三维结构。它们对磁层结构、电离层结构、带电粒子和等离子体输运过程等起到重要的调控作用,使许多基本空间物理过程沿子午圈发生。
 
随着地球自转,子午圈上的空间环境将经历白天和黑夜的变化,可对地球上空的空间环境进行全球扫描。因此沿子午线配置空间环境监测链,对于了解近地空间环境全球结构的变化规律具有重要科学意义。
 
我国空间环境的地基监测历史悠久,但是过去的地基监测多属单个台站进行孤立的监测,没有形成协调统一的观测体系。子午工程利用北起漠河,经北京、武汉,南至海南并延伸到南极中山站,以及东起上海,西至拉萨的15个综合性观测台站, 建成一个以链为主、链网结合的监测平台。
 
子午工程由空间环境监测系统、数据与通信系统和研究与预报系统组成,工程布局地磁、无线电、光学以及探空火箭等多种探测手段,包括23种95台套监测设备,分布在全国15个台站,成为地域分布最广的大科学装置。
 
子午工程建成了很多国际先进的监测设备,如非相干散射雷达、甚高频雷达等,关键技术攻关成为工程建设的重点和难点。
 
今年5月7日7时整,子午工程首枚探空火箭成功发射。
 
“本次发射是我国空间环境监测探空火箭沉寂20年后的再次升空,是中国火箭探空事业一个新的里程碑。”王赤说,“子午工程是我国科学家结合科学研究、航天活动、国家安全等需求,以及我国地域特征而创造性提出的,是充分联合国内资源,独立建设的我国第一个空间环境地基综合监测项目。”
 
探索和挑战
 
子午工程在国际上也备受关注。2010年8月,美国《空间天气》杂志以封面文章对子午工程作了介绍。杂志编辑用“雄心勃勃”、“影响深远”、“震撼”等词汇评述子午工程。
 
以子午工程为基础,中国科学家率先发起“国际子午圈计划”,旨在通过国际合作,充分利用国外资源,向北延伸至俄罗斯,向南经过东南亚相关国家、澳大利亚等,并和西半球60度附近的子午链构成第一个,也是唯一环绕地球一周的空间环境监测子午圈。
 
国际子午圈计划将与俄罗斯、澳大利亚、加拿大、美国、巴西等国的近百个监测台站进行合作,共同对子午线附近空间环境进行监测,实现日夜24小时、全球纬度的同时观测。
 
2012年,子午工程将在地球空间环境对行星际扰动的响应,地球空间各圈层的耦合,以及子午链上空间天气传播过程等方面进行探索和研究。
 
“这将大幅提升子午工程认知空间的能力。但子午工程系统复杂、探测方法全、监测设备多、地域分布广、共建单位多,从而给工程实施和管理带来很大困难。”王赤说,“各个系统、设备的协调工作,各种探测数据的综合处理和分析都没有成熟经验可借鉴,因此是极具挑战性的探索。”
 
《科学时报》 (2011-12-19 A4 基金)
 
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