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北起漠河，南至海南,，子午工程到底是個啥,？

2025-03-31 08:45:12 來源：瞭望智庫 A+A-

當前，我國太空資產規(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。災害性空間天氣嚴重威脅太空資產安全,，據(jù)統(tǒng)計在軌衛(wèi)星故障有一半左右是受到空間天氣事件影響,。

國家發(fā)展改革委批復建設的“十三五”國家重大科技基礎設施——空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測網(wǎng)（子午工程二期）近日已正式通過驗收,，這是我國建成的國際首個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)測設施,，標志著中國空間環(huán)境地基監(jiān)測能力躍居世界領先地位，也進一步增強了對我國航天器的空間天氣保障能力,。

北起漠河,，南至海南，子午工程到底是個啥,？

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

“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多次重大航天任務的空間環(huán)境保障服務?！敝袊茖W院院士,、中國科學院國家空間科學中心主任王赤告訴《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移,，子午工程二期將完成這個重心的轉移，我國將實現(xiàn)空間環(huán)境從認知能力向認知與保障能力并重的提升,。

國際合作中,，正在推進的國際子午圈大科學計劃，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)測研究能力實現(xiàn)從“跟跑”“并跑”到“領跑”的超越,。

文|《瞭望》新聞周刊記者扈永順

本文轉載自《瞭望》2025年第13期，原標題為《瞭望訪談|

子午工程提升空間天氣預警水平——專訪中國科學院院士王赤》,。

中國空間天氣服務成體系化發(fā)展

《瞭望》：為什么要關注空間天氣,？

王赤：當前人類活動逐漸超越陸地、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與地球大氣相互作用而形成的,。日地空間是當前人類航天活動、空間開發(fā)利用的主要區(qū)域,，是與人類生存發(fā)展息息相關的“第四環(huán)境”,。

日地空間范圍內的災害性空間天氣可導致衛(wèi)星失效、通信中斷,、導航偏差,、電網(wǎng)癱瘓等重大風險。2022年,，一次中等空間天氣事件導致SpaceX的38顆“星鏈”衛(wèi)星提前墜入大氣層報廢,。2024年5月，強烈的太陽風暴襲擊地球,，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,、天波超視距雷達探測能力嚴重下降,、全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）失鎖等突發(fā)狀況。

提升空間天氣預報預警水平,，是搶占空間天氣科技制高點,、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研究與應用服務中發(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，我國地基監(jiān)測經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領域的首個國家重大科技基礎設施,，旨在建設一個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收，正式投入運行,。至今已經歷了一個太陽周（11年）,，為提升我國空間環(huán)境研究和應用水平作出了重要貢獻。

子午工程二期監(jiān)測設備——圓環(huán)陣太陽射電成像望遠鏡,。（中國科學院國家空間科學中心供圖）

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

子午工程二期可以實現(xiàn)從太陽表面爆發(fā),、行星際傳播到地球空間響應的全鏈條追蹤監(jiān)測,。在我國本土,、地球南北極區(qū)實現(xiàn)對近地空間（地磁、電離層,、中高層大氣）的協(xié)同網(wǎng)絡化監(jiān)測,，從而助力日地空間環(huán)境整體變化機理,、空間物理基本物理過程等前沿科學研究,，并為中國空間天氣預報和預警服務提供關鍵的自主數(shù)據(jù)。

在試運行期間,，子午工程二期展現(xiàn)出卓越性能,，如成功捕捉到2024年5月超級磁暴事件，完整記錄日地空間環(huán)境對太陽活動響應的全過程,，展現(xiàn)了其對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。

目前子午工程一期和二期已融合運行,。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，如地磁監(jiān)測網(wǎng)絡MAGDAS,、國際超級雙極光雷達網(wǎng)SuperDARN,、國際GNSS服務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，實現(xiàn)了空間天氣鏈鎖變化過程端對端的整體監(jiān)測,，將對太陽活動-日地傳輸-對地影響的全過程研究產生重大影響,。

自主創(chuàng)新突破關鍵探測技術

《瞭望》：子午工程的監(jiān)測架構是怎樣的,？

王赤：地球的磁力線大致沿經線（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,，利用子午線上臺站聯(lián)合探測可實現(xiàn)對空間環(huán)境進行掃描觀測,，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,，以及十幾個地球半徑以外的行星際空間,。

子午工程一期利用東經120°子午線附近（北起漠河，經北京,、武漢,，南至海南并延伸到南極中山站）,，北緯30°附近（東起上海，經武漢,、成都,，西至拉薩）中國的15個觀測臺站,，建設了87臺不同類型的監(jiān)測設備。

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

子午工程二期監(jiān)測設備——圓環(huán)陣太陽射電成像望遠鏡,。（中國科學院國家空間科學中心供圖）

太陽活動是地球災害性空間天氣之“因”，地磁暴等近地空間環(huán)境響應是太陽風暴與地球空間環(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，新增了一系列先進的太陽-行星際監(jiān)測設備（“一鏈”）,，用來監(jiān)測太陽風暴-日冕活動,、日地行星際傳播這一關鍵鏈條,；采用地磁（電）、無線電,、光學等手段，對我國區(qū)域的電離層,、中高層大氣,、地磁形成網(wǎng)絡化的監(jiān)測能力（“三網(wǎng)”），用來監(jiān)測地球空間環(huán)境的擾動,；在極區(qū)高緯、北方中緯,、海南（南方）低緯,、青藏高原4個重點區(qū)域建設國際先進的大型監(jiān)測設備,，開展對空間環(huán)境的精細“顯微”探測（“四聚焦”），實現(xiàn)對一些具備特殊空間天氣現(xiàn)象以及對中國區(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鍵探測技術？

王赤：工程的最大特點是其完整的日地空間綜合監(jiān)測體系,，使其具備對日地空間進行端對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先的大型監(jiān)測設備,，其中包括全球最大綜合孔徑射電望遠鏡——圓環(huán)陣太陽射電成像望遠鏡，實現(xiàn)了最大視場達到10個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的三維層析,；國際首臺全季節(jié)觀測陣列式大口徑激光雷達實現(xiàn)探測高度200～1000千米，其信號靈敏度是國際同類設備的100～200倍,；全球探測能力最強的三站式相控陣非相干散射雷達,，實現(xiàn)上千千米電離層的CT掃描和3分量速度矢量探測能力,；我國首臺行星際閃爍望遠鏡,，太陽風三維結構反演能力國際領先。

推動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報中發(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領域開展國際合作的凝聚力和話語權,，推動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,。按照ICAO要求,，國際民航組織全球空間天氣中心（中國）（CRC-CHN）作為當值中心，負責監(jiān)測全球范圍內影響航空運行的空間天氣事件,，制作和發(fā)布航空空間天氣產品,，并提供空間天氣情報咨詢服務。依托子午工程監(jiān)測數(shù)據(jù)制作的空間天氣產品,，有效地應用在ICAO服務中，包括空間天氣日報產品和ICAO空間天氣咨詢報,。在國際航空空間天氣全球服務背景下,，彰顯我國空間天氣監(jiān)測以及預報預警能力。

2024年1月,，國際空間環(huán)境服務組織中國區(qū)域警報中心落戶懷柔科學城。子午工程是中國區(qū)域警報中心業(yè)務開展的重要數(shù)據(jù)基礎,。中國區(qū)域警報中心持續(xù)向國際空間環(huán)境服務組織提供和交換每日空間天氣指數(shù)和事件預報產品,，開展空間天氣預報技術交流和全球協(xié)調合作，將為全球共同應對空間天氣災害,，構建人類命運共同體持續(xù)做出中國貢獻。

《瞭望》：國際子午圈大科學計劃進展如何,？

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,，我國科學家率先提出并主導實施國際子午圈大科學計劃（IMCP）,，這是全球性空間天氣監(jiān)測研究的第三步。

IMCP的目標是實現(xiàn)對日地空間環(huán)境全緯度,、全天候,、日不落的立體觀測,，解決太陽風暴、地球磁場變化等全球性挑戰(zhàn)難題,，為應對空間天氣災害,、和平利用空間,、在外空領域推動構建人類命運共同體提供科學依據(jù),。

IMCP計劃將聯(lián)合跨越東經120°、西經60°子午圈沿線的十余個國家或地區(qū)的千余臺儀器形成全球分布式地基探測網(wǎng)絡,，其全球地基分布網(wǎng)絡可以把地球空間變?yōu)槲锢硇畔⒌娜S網(wǎng)格,，借助地球自轉，每12個小時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)星相結合,，在關鍵格點對關鍵過程進行詳細診斷。同時,，近千臺不同種類的儀器設備相互定標,，將全網(wǎng)絡的測量絕對基準維持在一個穩(wěn)定精準的基線上，不斷完善地球環(huán)境監(jiān)測能力指標,。例如,，地球磁場現(xiàn)在以每百年10%的速率衰減,，導致太陽能量粒子和宇宙射線對地球大氣的作用大幅增強。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,，數(shù)百位國際科學家參與規(guī)劃。來自中國,、巴西,、俄羅斯、泰國,、法國,、美國等國的20多個研究機構,，以及國際組織積極支持和參與。國際子午圈總部于2023年落戶懷柔科學城,。中巴空間天氣聯(lián)合實驗室作為國際子午圈計劃在海外建設的先行示范,，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。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，為人類共同應對全球性的空間天氣挑戰(zhàn)提供中國方案,。

(責任編輯：傅鑫)