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北起漠河,，南至海南,，子午工程到底是個(gè)啥？

2025-03-31 08:45:12 來源：瞭望智庫 A+A-

當(dāng)前,，我國太空資產(chǎn)規(guī)模持續(xù)壯大,，在軌航天器數(shù)量已超1000顆,，位居世界第二。災(zāi)害性空間天氣嚴(yán)重威脅太空資產(chǎn)安全,，據(jù)統(tǒng)計(jì)在軌衛(wèi)星故障有一半左右是受到空間天氣事件影響,。

國家發(fā)展改革委批復(fù)建設(shè)的“十三五”國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測網(wǎng)（子午工程二期）近日已正式通過驗(yàn)收，這是我國建成的國際首個(gè)覆蓋日地空間全圈層（太陽大氣-行星際-磁層-電離層-中高層大氣）的綜合性空間環(huán)境地基監(jiān)測設(shè)施,，標(biāo)志著中國空間環(huán)境地基監(jiān)測能力躍居世界領(lǐng)先地位,，也進(jìn)一步增強(qiáng)了對(duì)我國航天器的空間天氣保障能力。

子午工程“井”字形“監(jiān)測網(wǎng)”示意圖,。（中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心供圖）

“子午工程一期建成后,，我國空間環(huán)境地基監(jiān)測的綜合性能力取得重大發(fā)展,，空間天氣服務(wù)開始成體系化，近5年我們提供了空間站,、探月工程等60多次重大航天任務(wù)的空間環(huán)境保障服務(wù),。”中國科學(xué)院院士,、中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心主任王赤告訴《瞭望》新聞周刊記者,。從子午工程一期開始，全球空間環(huán)境地基監(jiān)測研究的重心開始向中國轉(zhuǎn)移,，子午工程二期將完成這個(gè)重心的轉(zhuǎn)移,，我國將實(shí)現(xiàn)空間環(huán)境從認(rèn)知能力向認(rèn)知與保障能力并重的提升。

國際合作中,，正在推進(jìn)的國際子午圈大科學(xué)計(jì)劃,，將使我國借勢形成全球輻射能力，使得中國空間環(huán)境地基監(jiān)測研究能力實(shí)現(xiàn)從“跟跑”“并跑”到“領(lǐng)跑”的超越,。

文|《瞭望》新聞周刊記者扈永順

本文轉(zhuǎn)載自《瞭望》2025年第13期,，原標(biāo)題為《瞭望訪談|

子午工程提升空間天氣預(yù)警水平——專訪中國科學(xué)院院士王赤》。

中國空間天氣服務(wù)成體系化發(fā)展

《瞭望》：為什么要關(guān)注空間天氣,？

王赤：當(dāng)前人類活動(dòng)逐漸超越陸地,、海洋和低層大氣的限制，向著更廣袤的日地空間延伸,。日地空間環(huán)境是指地表20～30千米（平流層頂）以上直至太陽表面的廣闊區(qū)域，涵蓋了物理性質(zhì)不同的中高層大氣,、電離層,、磁層、行星際空間和太陽大氣等五大圈層,，是由太陽不斷向外輸出的巨大能量和物質(zhì)與地球大氣相互作用而形成的,。日地空間是當(dāng)前人類航天活動(dòng)、空間開發(fā)利用的主要區(qū)域,，是與人類生存發(fā)展息息相關(guān)的“第四環(huán)境”,。

日地空間范圍內(nèi)的災(zāi)害性空間天氣可導(dǎo)致衛(wèi)星失效、通信中斷,、導(dǎo)航偏差,、電網(wǎng)癱瘓等重大風(fēng)險(xiǎn)。2022年,，一次中等空間天氣事件導(dǎo)致SpaceX的38顆“星鏈”衛(wèi)星提前墜入大氣層報(bào)廢,。2024年5月，強(qiáng)烈的太陽風(fēng)暴襲擊地球,，罕見的極光現(xiàn)象出現(xiàn)在我國北方地區(qū),，全球多地出現(xiàn)大面積短波通信中斷,、天波超視距雷達(dá)探測能力嚴(yán)重下降、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）失鎖等突發(fā)狀況,。

提升空間天氣預(yù)報(bào)預(yù)警水平,，是搶占空間天氣科技制高點(diǎn)、滿足國家發(fā)展戰(zhàn)略的迫切要求,。

《瞭望》：子午工程在空間科學(xué)研究與應(yīng)用服務(wù)中發(fā)揮了哪些作用,？

王赤：地基監(jiān)測是天地一體化空間環(huán)境監(jiān)測體系中的重要組成部分和基礎(chǔ)，我國地基監(jiān)測經(jīng)歷了從零星觀測到綜合集成的發(fā)展路徑,。子午工程是我國空間科學(xué)領(lǐng)域的首個(gè)國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施,，旨在建設(shè)一個(gè)綜合性的地基空間環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。2012年子午工程一期通過國家驗(yàn)收,，正式投入運(yùn)行。至今已經(jīng)歷了一個(gè)太陽周（11年）,，為提升我國空間環(huán)境研究和應(yīng)用水平作出了重要貢獻(xiàn),。

子午工程二期監(jiān)測設(shè)備——圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡。（中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心供圖）

研究方面,，子午工程一期取得了一系列突破，主要集中在對(duì)我國空間環(huán)境區(qū)域特征的研究,、空間天氣擾動(dòng)的傳播規(guī)律以及不同空間圈層之間的物質(zhì)和能量耦合等方面,。應(yīng)用方面，工程為我國重要的空間環(huán)境預(yù)報(bào)保障單位提供了自主數(shù)據(jù),，應(yīng)用于載人航天,、深空探測等多項(xiàng)國家重大任務(wù)的保障中。

子午工程二期可以實(shí)現(xiàn)從太陽表面爆發(fā),、行星際傳播到地球空間響應(yīng)的全鏈條追蹤監(jiān)測。在我國本土,、地球南北極區(qū)實(shí)現(xiàn)對(duì)近地空間（地磁、電離層,、中高層大氣）的協(xié)同網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測,，從而助力日地空間環(huán)境整體變化機(jī)理、空間物理基本物理過程等前沿科學(xué)研究,，并為中國空間天氣預(yù)報(bào)和預(yù)警服務(wù)提供關(guān)鍵的自主數(shù)據(jù)。

在試運(yùn)行期間，子午工程二期展現(xiàn)出卓越性能，如成功捕捉到2024年5月超級(jí)磁暴事件,，完整記錄日地空間環(huán)境對(duì)太陽活動(dòng)響應(yīng)的全過程,，展現(xiàn)了其對(duì)空間天氣事件的快速,、高精度、全局監(jiān)測能力,。利用子午工程二期的監(jiān)測數(shù)據(jù),，已發(fā)表科技論文96篇，獲批專利等48項(xiàng),。

目前子午工程一期和二期已融合運(yùn)行,。相比國際上其他監(jiān)測要素和手段較為單一的地基監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，如地磁監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)MAGDAS,、國際超級(jí)雙極光雷達(dá)網(wǎng)SuperDARN,、國際GNSS服務(wù)IGS等,，子午工程在國際上覆蓋范圍最廣、監(jiān)測要素最全,、綜合能力最強(qiáng),，實(shí)現(xiàn)了空間天氣鏈鎖變化過程端對(duì)端的整體監(jiān)測,，將對(duì)太陽活動(dòng)-日地傳輸-對(duì)地影響的全過程研究產(chǎn)生重大影響。

自主創(chuàng)新突破關(guān)鍵探測技術(shù)

《瞭望》：子午工程的監(jiān)測架構(gòu)是怎樣的,？

王赤：地球的磁力線大致沿經(jīng)線（子午線）分布，空間天氣事件一般都沿磁力線傳播和演化，而隨著地球自轉(zhuǎn),，利用子午線上臺(tái)站聯(lián)合探測可實(shí)現(xiàn)對(duì)空間環(huán)境進(jìn)行掃描觀測，類似于給地球空間環(huán)境做CT,。采用地磁（電）,、無線電,、光學(xué)等手段，可連續(xù)監(jiān)測地球表面20千米到幾百千米高度的中高層大氣,、電離層和磁層,，以及十幾個(gè)地球半徑以外的行星際空間。

子午工程一期利用東經(jīng)120°子午線附近（北起漠河,，經(jīng)北京,、武漢，南至海南并延伸到南極中山站）,，北緯30°附近（東起上海,，經(jīng)武漢、成都,，西至拉薩）中國的15個(gè)觀測臺(tái)站,，建設(shè)了87臺(tái)不同類型的監(jiān)測設(shè)備。

子午工程二期在一期基礎(chǔ)上新增了16個(gè)臺(tái)站,，并提高一期臺(tái)站的綜合探測能力,，形成沿東經(jīng)100°,、120°,，北緯40°,、30°兩縱兩橫式布局的31個(gè)臺(tái)站,、282臺(tái)監(jiān)測設(shè)備的空間環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng),。

子午工程二期監(jiān)測設(shè)備——圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡,。（中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心供圖）

太陽活動(dòng)是地球?yàn)?zāi)害性空間天氣之“因”,，地磁暴等近地空間環(huán)境響應(yīng)是太陽風(fēng)暴與地球空間環(huán)境相互作用之“果”,。為了研究日地空間天氣因果鏈,，子午工程二期通過自主創(chuàng)新，新增了一系列先進(jìn)的太陽-行星際監(jiān)測設(shè)備（“一鏈”），用來監(jiān)測太陽風(fēng)暴-日冕活動(dòng),、日地行星際傳播這一關(guān)鍵鏈條,；采用地磁（電）、無線電,、光學(xué)等手段,，對(duì)我國區(qū)域的電離層、中高層大氣,、地磁形成網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)測能力（“三網(wǎng)”）,，用來監(jiān)測地球空間環(huán)境的擾動(dòng),；在極區(qū)高緯,、北方中緯、海南（南方）低緯,、青藏高原4個(gè)重點(diǎn)區(qū)域建設(shè)國際先進(jìn)的大型監(jiān)測設(shè)備,，開展對(duì)空間環(huán)境的精細(xì)“顯微”探測（“四聚焦”）,，實(shí)現(xiàn)對(duì)一些具備特殊空間天氣現(xiàn)象以及對(duì)中國區(qū)域影響較大地區(qū)的監(jiān)測。

《瞭望》：子午工程二期突破了哪些關(guān)鍵探測技術(shù),？

王赤：工程的最大特點(diǎn)是其完整的日地空間綜合監(jiān)測體系,，使其具備對(duì)日地空間進(jìn)行端對(duì)端的整體探測研究能力。

工程二期新增了一系列探測能力國際領(lǐng)先的大型監(jiān)測設(shè)備,，其中包括全球最大綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡——圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡,，實(shí)現(xiàn)了最大視場達(dá)到10個(gè)Rs（太陽半徑）的連續(xù)穩(wěn)定的太陽射電成像與頻譜觀測能力以及日冕射電活動(dòng)的三維層析,；國際首臺(tái)全季節(jié)觀測陣列式大口徑激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)探測高度200～1000千米，其信號(hào)靈敏度是國際同類設(shè)備的100～200倍,；全球探測能力最強(qiáng)的三站式相控陣非相干散射雷達(dá),，實(shí)現(xiàn)上千千米電離層的CT掃描和3分量速度矢量探測能力；我國首臺(tái)行星際閃爍望遠(yuǎn)鏡,，太陽風(fēng)三維結(jié)構(gòu)反演能力國際領(lǐng)先,。

推動(dòng)以我為主的多邊國際科技合作

《瞭望》：中國在國際空間天氣預(yù)報(bào)中發(fā)揮了什么樣的作用？

王赤：子午工程大幅提升了中國在空間科學(xué)領(lǐng)域開展國際合作的凝聚力和話語權(quán),，推動(dòng)了以我為主的多邊國際科技合作。

例如國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心利用子午工程自主監(jiān)測數(shù)據(jù),，順利完成多輪國際民航組織（ICAO）空間天氣國際值班任務(wù),。按照ICAO要求，國際民航組織全球空間天氣中心（中國）（CRC-CHN）作為當(dāng)值中心,，負(fù)責(zé)監(jiān)測全球范圍內(nèi)影響航空運(yùn)行的空間天氣事件,，制作和發(fā)布航空空間天氣產(chǎn)品，并提供空間天氣情報(bào)咨詢服務(wù),。依托子午工程監(jiān)測數(shù)據(jù)制作的空間天氣產(chǎn)品,，有效地應(yīng)用在ICAO服務(wù)中，包括空間天氣日?qǐng)?bào)產(chǎn)品和ICAO空間天氣咨詢報(bào),。在國際航空空間天氣全球服務(wù)背景下,，彰顯我國空間天氣監(jiān)測以及預(yù)報(bào)預(yù)警能力。

2024年1月,，國際空間環(huán)境服務(wù)組織中國區(qū)域警報(bào)中心落戶懷柔科學(xué)城,。子午工程是中國區(qū)域警報(bào)中心業(yè)務(wù)開展的重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。中國區(qū)域警報(bào)中心持續(xù)向國際空間環(huán)境服務(wù)組織提供和交換每日空間天氣指數(shù)和事件預(yù)報(bào)產(chǎn)品,，開展空間天氣預(yù)報(bào)技術(shù)交流和全球協(xié)調(diào)合作,，將為全球共同應(yīng)對(duì)空間天氣災(zāi)害，構(gòu)建人類命運(yùn)共同體持續(xù)做出中國貢獻(xiàn),。

《瞭望》：國際子午圈大科學(xué)計(jì)劃進(jìn)展如何,？

王赤：空間天氣是全球性問題，需要全球合力參與,。子午工程一期對(duì)能量如何從高緯傳播到低緯,、從地球磁層外部傳播到磁層內(nèi)部的研究，跨出了全球性空間天氣研究的第一步,。子午工程二期可以實(shí)現(xiàn)空間天氣觀測從太陽到地球的全過程,，完成全球性空間天氣研究的第二步。

以子午工程為基礎(chǔ),，我國科學(xué)家率先提出并主導(dǎo)實(shí)施國際子午圈大科學(xué)計(jì)劃（IMCP）,，這是全球性空間天氣監(jiān)測研究的第三步,。

IMCP的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)日地空間環(huán)境全緯度、全天候,、日不落的立體觀測,，解決太陽風(fēng)暴、地球磁場變化等全球性挑戰(zhàn)難題,，為應(yīng)對(duì)空間天氣災(zāi)害,、和平利用空間、在外空領(lǐng)域推動(dòng)構(gòu)建人類命運(yùn)共同體提供科學(xué)依據(jù),。

IMCP計(jì)劃將聯(lián)合跨越東經(jīng)120°,、西經(jīng)60°子午圈沿線的十余個(gè)國家或地區(qū)的千余臺(tái)儀器形成全球分布式地基探測網(wǎng)絡(luò)，其全球地基分布網(wǎng)絡(luò)可以把地球空間變?yōu)槲锢硇畔⒌娜S網(wǎng)格,，借助地球自轉(zhuǎn),，每12個(gè)小時(shí)生成一張地球空間環(huán)境的“核磁共振圖像”。并與天基探測衛(wèi)星相結(jié)合,，在關(guān)鍵格點(diǎn)對(duì)關(guān)鍵過程進(jìn)行詳細(xì)診斷,。同時(shí)，近千臺(tái)不同種類的儀器設(shè)備相互定標(biāo),，將全網(wǎng)絡(luò)的測量絕對(duì)基準(zhǔn)維持在一個(gè)穩(wěn)定精準(zhǔn)的基線上,，不斷完善地球環(huán)境監(jiān)測能力指標(biāo)。例如,，地球磁場現(xiàn)在以每百年10%的速率衰減,，導(dǎo)致太陽能量粒子和宇宙射線對(duì)地球大氣的作用大幅增強(qiáng)。這一變化是否影響氣候及其他環(huán)境因素,，需要IMCP這樣長期,、穩(wěn)定和綜合的全球性觀測來判別。

IMCP自提出以來得到了國際熱烈響應(yīng),，數(shù)百位國際科學(xué)家參與規(guī)劃,。來自中國、巴西,、俄羅斯,、泰國、法國,、美國等國的20多個(gè)研究機(jī)構(gòu),，以及國際組織積極支持和參與。國際子午圈總部于2023年落戶懷柔科學(xué)城,。中巴空間天氣聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室作為國際子午圈計(jì)劃在海外建設(shè)的先行示范,，與巴西國家空間研究院一起建立了南美區(qū)域的空間天氣監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。IMCP的蓬勃發(fā)展，將大幅度提升中國在國際空間界的地位和影響力,，為人類共同應(yīng)對(duì)全球性的空間天氣挑戰(zhàn)提供中國方案,。

(責(zé)任編輯：傅鑫)