空间环境监测“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

　　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。”