探测外层空间环境、研究空间环境变化规律、预报灾难性空间天气，对保障航天器、卫星、通信导航定位的安全有重要意义,而空间环境保障体系的建立是天基空间环境探测发展的必然结果。中国科学院空间科学与应用研究中心空间环境探测研究室主任王世金等人呼吁，发展我国的航天航空事业，必须尽早建成完整的天基空间环境监测网络和完善的服务保障体系。

 

时机成熟

 

“之所以现在提出建立天基空间环境保障体系，是因为时机已经成熟。”王世金说。

 

王世金介绍，从1957年人类活动进入太空开始，空间环境状态及其变化规律就成了航天活动关心的重要问题。我国从1971年的“实践一号”开始，也在科学实验卫星、气象卫星、资源卫星、神舟飞船等航天器上开展了空间环境探测。经过30余年的发展，我国天基空间环境的探测方向已发展到高能带电粒子、低能带电粒子、高层大气、太阳X射线能谱、辐射剂量效应、表面充电效应和单粒子效应等多个领域，并开发了10多种空间环境及其效应的探测仪器。地基的太阳、电离层、大气、地磁等监测台站日益增多。

 

随着近些年我国航天器的飞速发展，依赖天基的卫星电视、数据通信、导航、定位、授时、对地观测等各种活动的广泛应用，各方对空间环境探测提出了更高的需求。2002年6月1日，国家气象局组建国家空间天气监测预警中心。2003年11月，中国科学院组建了空间环境研究预报中心，还有其他许多单位也开展了相关工作。

 

“我国空间环境保障体系的建设正在积极开展，近些年，随着我国经济的腾飞，航天事业发展迅速，也推动了空间环境探测事业的快速发展。应该说，我国建立完整的空间环境保障体系的时机已经成熟。”王世金说。

 

未雨绸缪

 

从区域上讲，空间环境主要指从地面几十公里以上到太阳这一部分的空间区域内的环境，包括地球中高大气层、电离层、磁层、行星际空间和太阳。它是卫星、飞船和空间站等航天器的运行环境，也是导航、定位、通信等卫星业务的路径环境。空间环境保障体系需要对空间环境的状态及其变化以及对人类活动的影响进行监测。天基空间环境监测的主要内容包括：空间环境扰动源的监测、近地空间环境状态及其变化监测、空间环境对人类活动影响监测等3个方面。

 

王世金介绍，空间环境扰动的主要源头是太阳大气活动，太阳大气活动的变化会对空间环境造成影响。太阳活动呈周期性变化，周期约11.2年，太阳活动出现频率和强度相对高的年份被称为“太阳活动峰年”。具体表现为黑子增多、大型耀斑爆发，这最终导致太阳风和太阳电磁辐射的不稳定和大幅度增强，空间环境也会因此激烈变化。

 

“2000年、2001年就曾是一个太阳活动峰年，那几年的风暴比较多，对卫星安全的影响比较大。那时，社会各界对‘太阳风暴’和航天器安全也比较关注。”王世金说，尽管这几年太阳活动趋于平静，但我们也应该未雨绸缪，提早建成完整的天基空间环境监测网络和完善的保障体系，在下一个太阳峰年，即2011~2012年左右，能对一些大的空间扰动进行一些监测和保障服务工作，确保卫星安全和其他相关工作顺利进行。

 

形成网络和体系

 

1971年3月，我国第一颗空间环境探测试验卫星“实践一号”发射升空，之后“实践二号”、“实践四号”、“实践五号”等科学试验卫星在空间环境及其效应探测方面取得了丰硕的成果。2003年12月和2004年7月，我国与欧空局合作的空间物理探测双星计划中的“探测一号”和“探测二号”顺利升空。今年我国还将发射首颗月球探测器“嫦娥一号”，对月球地貌、地质结构和月球空间环境等进行探测。我国载人航天工程也安排了空间环境及其效应等众多空间科学探测项目，其中神舟二号、三号、四号、五号的空间环境探测主要为飞船和航天员的安全提供保障服务。我国还在风云一号、风云二号、资源一号等应用卫星上开展空间环境探测。其中风云二号的太阳X射线探测器和空间粒子探测器是我国目前唯一能实时、连续对太阳活动和空间环境进行监测警报的系统。我国下一个空间物理探测计划“夸父计划”正在论证。

 

“我国已初步具备建立天基空间环境监测保障体系的条件。”王世金说。

 

“众多的卫星可以在不同的高度、不同的位置，对空间环境构成一个立体的监测网络，这个监测网络已开始有个雏形，但还需要不断补充完善。”王世金同时指出，完整的空间环境监测网络需要天基空间环境监测与地面监测，两者互补。天基监测主要实现地面监测不能实现的监测功能，如空间环境的现场粒子、现场磁场环境的监测，不能穿透地球大气的太阳紫外线、X射线的监测等。

 

王世金说：“以保障服务为目的的天基空间环境监测不同于以科学研究为目的的空间物理探测，最主要的区别是空间环境监测需要连续性和长期稳定性。目前，地面气象的连续稳定监测已得到广泛认可，但天基空间环境监测的连续性和长期稳定性还没有取得共识。”

 

我国的空间环境监测能力与美国、欧洲等发达国家的差距还比较大，所以我国研究人员建议，在2010年前后建立一个初步的空间环境保障体系。王世金说，这个体系早期的主要功能是提供卫星的安全保障，例如对卫星的在轨管理、故障分析、卫星的抗辐射加固设计等起一些作用，后期则对导航定位、通信等提供保障工作。

 

“现在已经有一些部门在做这些工作，但是我们更希望政府有关部门能牵头，沟通、协调和理顺其中涉及的各种关系，推动整个保障体系的建立，把所有的资源整合起来，利用专用卫星、应用卫星等各种发射机会，逐步布局和完善，争取在未来10年内建成我国独立自主的、拥有独立自主知识产权的、业务型的天基空间环境监测网络和保障体系。”