圆环阵太阳射电成像望远镜。空间中心供图

■本报记者 倪思洁

“北京郊区拍到极光！”“新疆出现20年难遇的红色极光！”“南半球爆发500年一遇的南极光！”2024年5月11日凌晨，全球各地出现绚丽极光。

此时，地球经历着20年未见的超级地磁暴。全球多地大面积短波通信中断，天波超视距雷达探测能力严重下降，全球导航卫星系统信号中断。美国太空探索技术公司（SpaceX）首席执行官埃隆·马斯克公开说：“‘星链’卫星面临着很大压力。”

对于地磁暴，中国早有防备。地磁暴发生的两天前，中国科学院国家空间科学中心（以下简称空间中心）空间环境预报中心就发出了X级耀斑和超级地磁暴的预警。而他们的自主监测数据基于一张“观天巨网”——子午工程。

子午工程是我国空间环境地基综合监测网，呈“井”字形分布，东起上海，西至拉萨，北起漠河，南抵海南并延伸至南极中山站，282台监测设备遍布于约960万平方公里的国土之上，监视着从太阳到地球1.5亿公里间的蛛丝马迹。

织起这张“观天巨网”，耗费了中国科学家30多年的心血，也凝结了他们矢志创新、攻坚克难、协同聚力、开放共享的“子午精神”。

矢志创新的科学追求：

“连梦都不敢做，那就成不了大事”

今年3月21日，超级地磁暴事件发生时仍处于试运行状态的子午工程二期，正式通过国家验收，它与子午工程一期组成了世界最大的监测空间环境的地基网络。中国科学家追逐了30多年的子午梦，正在稳步实现。

早在上世纪80年代末至90年代初，太阳一度处于周期性活动高峰，全球各地事故不断。1989年3月13日，太阳风暴造成加拿大魁北克地区电网停电，损失达10亿美元。两年后的1991年4月29日，强地磁暴又使美国缅因州核电厂遭到灾难性破坏。

当发达国家纷纷谋划发射卫星监测太阳时，1993年，负责起草中国空间物理发展规划的中国科学院日球物理数值开放研究实验室主任魏奉思感到，发展中国的空间物理学，首先要把监测空间环境的能力建设起来。

沿着这个思路，结合当时国内的技术能力，他想到了一条与国外截然不同的发展路线——用现有地面观测台站，在我国境内组建一个覆盖东经120度、北纬30度的“十”字形地基监测链。

魏奉思把这一科学构想称为“东半球空间环境地面综合监测子午链”，简称“子午工程”。

在我国尚缺乏成熟空间环境监测技术的当时，有人认为魏奉思的想法“简直是在做梦，不可能实现”。魏奉思却笃定地说：“科学家应该有梦想，如果连梦都不敢做，那就成不了大事。”

他与志同道合者一起，通过中国科学院向国家科技委报送了子午工程项目。经过层层选拔，1997年，该项目被国家科技教育领导小组确立为国家重大科学工程。

2000年，59岁的魏奉思即将退休，尚未落地的子午工程成了他的心结。思来想去，他联系了远在美国的中国年轻人王赤：“我们有一个重要的项目马上就要国家立项，我年纪大了，你愿不愿意回来？”

从魏奉思的介绍中，王赤意识到，子午工程的设计“在国际上是独一无二的”。这年12月，王赤归国加入中国科学院空间科学与应用研究中心（后更名为中国科学院国家空间科学中心），成为子午梦的接力者。

攻坚克难的技术胆识：

“想在技术上突破，没点胆量不行”

2005年，子午工程一期正式立项。2008年，工程建设启动并于4年后建成“十”字形观测链。其中，包括15个观测台站、87台不同类型的监测设备。

6年后的2018年，为了满足全国范围覆盖、全圈层覆盖、立体式探测的需求，子午工程二期立项，并于次年开工建设。在一期基础上，子午工程二期新增16个台站。最终，子午工程覆盖东经100°、120°和北纬40°、30°两纵两横区域，共有31个台站、282台监测设备。

作为子午工程二期总指挥、空间中心主任，王赤介绍：“太阳活动是地球灾害性空间天气之‘因’，地磁暴等近地空间环境响应是太阳风暴与地球空间环境相互作用之‘果’。要研究日地空间天气因果链，就要有更强的探测设备。”

正因如此，从一期到二期，子午工程实现了“从无到有”到“从有到强”的转变。“一期时，我们的研制能力很弱，大部分设备是从国外购买的。到二期时，我们更希望能够自力更生，实现核心关键技术的突破。”王赤回忆。

“自力更生”意味着要能顶住风险和压力。“想在技术上突破，没点胆量不行。”王赤说。

他们大胆地加入国际上从未有过的设施和技术。俗称“千眼天珠”的圆环阵太阳射电成像望远镜就是其中最具挑战性的装置之一。

“千眼天珠”位于四川稻城县海拔3830米处，是目前全球最大的综合孔径射电望远镜。装置中，313台直径6米的天线均匀分布在1公里直径的圆环上，像向日葵一般跟着太阳转动，圆环正中心是一座百米高的定标塔。

为了解决复杂的系统工程问题，团队突破数百项影响望远镜功能和性能的关键核心技术，又克服高寒缺氧、大雪封山的困难，连续在现场驻守300多天，使得设备系统集成工作比计划时间提前50天完成。回忆起这段历程，“千眼天珠”主任设计师、空间中心研究员阎敬业笑着说：“我们在最高的海拔，干了最燃的事。”

除了“千眼天珠”外，子午工程二期还有许多“国际第一”和“世界之最”：阵列式大口径激光雷达，是国际首台全季节阵列式大口径激光雷达；三站式非相干散射雷达，是全球探测能力最强的相控阵非相干散射雷达；中纬高频雷达，填补了国际超级双极光雷达网监测空白；行星际闪烁监测望远镜，接收面积比国际上最大的行星际闪烁监测望远镜多6%……

通过自主创新，子午工程二期实现了“一链、三网、四聚焦”的架构，具备了进行日地空间全链条监测，我国区域电离层、中高层大气、地磁的3层网络化监测，以及在极区高纬、北方中纬、南方低纬、青藏高原4个重点区域监测的能力。

协同聚力的系统思维：

“形散而神聚，无往而不胜”

空间中心怀柔园区的“子午楼”是子午工程综合信息与运控中心的所在地。运控中心的大屏幕实时滚动着来自全国各地282台设备传回的数据。屏幕旁边的墙上，贴着16家子午二期工程参与单位的标识，每个标识都被印在六边形上，六边形连成一片。

王赤自豪地说：“别看设备分布在全国各地、参与单位很多，我们却做到了形散而神聚，无往而不胜。”

“形散而神聚”5个字，王赤用了20年才真正摸透。

2005年，子午工程一期立项时，有12家单位参与。当时，一位同行善意地提醒王赤：“按照我们的经验，有些大装置一家做都做不好。你们这么多家做，这么散，怎么管？”

王赤一时给不出答案，只能诚实回答：“我们将参照航天工程的管理方式，摸索出一个办法。”

20年间，王赤对“这么散，怎么管”的问题越来越有底。他发现，相比设备本身，数据才是子午工程的“神”，“大家聚在一起是为了从各自不同的专业领域了解空间天气的变化规律，那么，能把大家聚在一起的就是数据”。

在业务管理上，子午工程采用矩阵化方式，分为空间环境监测系统、数据通信系统、科学应用系统3个分系统，各分系统下面又有很多子系统。“空间环境监测系统，是像感官一样采集数据的探测设备；数据通信系统是神经系统，对感受到的数据进行处理和传输；科学应用系统相当于大脑，可以分析科学数据。”王赤说。

单位间的合作，也在业务系统下得以实现。子午工程二期建设时，科学应用系统负责集成一期和二期监测设备的信息。为了确保监测设备顺利接入系统，科学应用系统必须在监测设备建成之前具备集成条件。然而，空间环境监测系统既要建设设备，又要开发相应的接口，白天十分繁忙。于是，两个系统、来自各个单位的100多人，利用晚上的时间进行接口调试，顺利完成了一期和二期的设备状态集成。

王赤时常感慨，子午工程之所以能成功地协同聚力，比起管理之术，“最关键的是因为大家是为共同的科学目标走到一起的，初心使然”。

开放共享的全球视野：

“因为你们的到来，我们得以延续”

2024年10月，超级地磁暴事件发生后不到半年，子午工程科学与应用系统副总师、空间中心研究员罗冰显在第七届“亚洲大洋洲空间天气联盟研讨会”上，介绍了子午工程对2024年5月超级地磁暴的观测结果。

听完报告后，泰国先皇理工大学教授Pornchai Supnithi找到罗冰显。抱着试试看的心态，他问：“我们是否可以获得子午工程的数据支持？”

Pornchai是一名空间天气研究专家，其团队在泰国多个站点建设了全球导航卫星系统接收机和测高仪，在观测赤道电离层方面有得天独厚的条件。然而，赤道等离子体泡、赤道异常等电离层异常扰动过程是一个沿着子午线、从赤道向低纬甚至中纬延伸和扩展的过程。这让位于南方的泰国“望北兴叹”。

回国后，罗冰显第一时间与子午工程科学运行团队进行沟通，很快便将整理好的数据共享给了Pornchai。

这次合作让泰国先皇理工大学备受鼓舞。了解到空间中心正在推动国际子午圈大科学计划后，他们主动申请加入。“目前，我们正在准备签署国际子午圈合作谅解备忘录。”罗冰显说。

对于子午工程里的科学家来说，开放共享的理念贯穿始终。早在2002年，子午工程一期立项前，魏奉思就提出过“国际空间天气子午圈计划”，希望以开放的姿态促进世界空间科学发展。

2014年，作为国际子午圈大科学计划的先行示范项目，中国-巴西空间天气联合实验室成立。当中巴双方联合研制的钠钾双波长激光雷达传回第一组钠钾密度数据时，巴西国家空间研究院激光项目组高级工程师Pimenta激动地说：“因为你们的到来，我们整个项目组得以延续！”

“在完成子午工程一期、二期之后，国际子午圈大科学计划是我们推动全球性空间天气监测研究的第三步。”王赤说。

如今，子午工程“井”字形“观天巨网”正在向全球延展。“目前已有数百位国际科学家参与规划，我们得到了来自巴西、俄罗斯、泰国、法国、美国等国的20多个研究机构以及国际组织的积极支持。”王赤说。