最廣、最全、最強！中國建成空間環境地基監測網
來源：倍可親(backchina.com)
子午工程利用地基監測日地空間環境。中國科學院國家空間科學中心供圖
本報記者 倪思潔
「3月21日，子午工程二期通過國家驗收。『321，齊步走』，從今天開始，子午工程所有的282台套設備將同步啟動，共同做好空間環境監測、研究、預報、預警工作。」國家重大科技基礎設施——空間環境地基綜合監測網（子午工程二期）驗收當天，子午工程中心主任、中國科學院國家空間科學中心副主任李暉在接受《中國科學報》採訪時如是說。
子午工程二期是國家發展改革委批複建設的「十三五」國家重大科技基礎設施之一，也是我國建成的國際首個覆蓋日地空間全圈層的綜合性空間環境地基監測設施。
「我們已經建成了國際上覆蓋範圍最廣、監測要素最全、綜合能力最強的空間環境地基監測網，有31個綜合性台站、96個站點、282台套設備，目的是監測太陽與地球之間的空間環境變化。」李暉說。
從「十」到「井」
太陽與地球之間的空間被科學家稱為「日地空間」，是人類開展航天活動、開發利用空間的主要區域，也是繼陸、海、空環境之後人類生存的「第四環境」。在高科技設備日漸增加后，人們的日常生活越來越明顯地受到空間環境的影響。
「比方說，太陽風暴會引起電離層擾動，干擾衛星通信，使車載導航的精度受到影響，人們在開車時跟著導航就有可能走錯路。」李暉說。更嚴重的空間天氣災害還會導致衛星失效、通信中斷、電網癱瘓等，威脅國家安全與民生基礎設施。
「子午工程二期就是對從太陽到地球磁層、電離層、大氣層的空間環境進行監測、研究和預報、預警。」李暉說。
子午工程分為一期與二期。一期工程開工建設於2008年，2012年通過國家驗收，沿東經120°子午線和北緯30°布局了15個觀測台站、87台套不同類型的監測設備，呈「十」字形分佈，可以連續監測地球表面20公里到幾百公里高度的中高層大氣、電離層和磁層，以及十幾個地球半徑以外的行星際空間。
二期工程於2019年11月開工建設，將一期原本的「十」字形擴建為「井」字形，沿東經100°、120°和北緯30°、40°布局了16個觀測台站、195台套監測設備。
「目前子午工程一期和二期已融合運行。所謂『融合』，是指監測區域、設備、數據的融合。未來，282台套設備的所有觀測數據都將彙集在一起，進行統一研判、綜合分析。」李暉說。
從「有」到「強」
「子午工程一期時，我們『從無到有』探索出一條有組織的監測路徑，採用的大多是成熟的小型設備。子午工程二期期間，我們『從有到強』走出一條獨立自主的道路，自主研製了圓環陣太陽射電成像望遠鏡等一系列標誌性的設備。」李暉說。
圓環陣太陽射電成像望遠鏡位於四川省甘孜藏族自治州稻城縣，又名「千眼天珠」。「這是全球最大的綜合孔徑射電望遠鏡，連續穩定監測時的最大視場達到10個太陽半徑，實現了太陽射電成像與頻譜觀測，以及日冕射電活動的三維層析。」「千眼天珠」主任設計師閻敬業說。
此外，位於海南省儋州市的陣列式大口徑激光雷達，是國際首台可以實現全季節觀測的陣列式大口徑激光雷達，探測高度為200至1000公里，信號靈敏度是國際同類設備的100至200倍。
位於海南省三亞市、文昌市、儋州市的三站式非相干散射雷達，是全球探測能力最強的相控陣非相干散射雷達，可以實現上千公里電離層的CT掃描、具備3分量成像探測能力。
位於新疆和靜縣、內蒙古四子王旗、吉林省龍井市的中緯高頻雷達，填補了國際超級雙極光雷達網監測空白，實現南北縱深超4000公里、東西跨度超1萬公里的亞洲扇區中高緯度電離層環境的連續監測。
位於內蒙古錫林郭勒盟明安圖鎮的行星際閃爍監測望遠鏡，是我國首台專門用於行星際閃爍監測的射電望遠鏡，其接收面積比國際上最大的行星際閃爍監測望遠鏡多6%，太陽風三維結構反演能力居於國際先進水平。
子午工程二期總工程師徐寄遙介紹，子午工程二期由中國科學院國家空間科學中心牽頭，聯合8個部門的15家單位協同攻關完成，技術指標達到國際先進水平。
從中國到世界
中國科學院國家空間科學中心的懷柔園區里有一棟「子午樓」，是子午工程綜合信息與運控中心的所在地，也是空間環境預報中心和國際空間環境服務組織中國區域警報中心的所在地。
每天，位於一樓的運控中心裡，大屏幕實時滾動著來自282台套設備傳回的數據。一旦出現空間環境事件，位於三樓的預報中心將馬上通過網站、客戶端、手機App、手機簡訊、微博、微信公眾號等渠道公開預報、預警信息。
太陽活動與空間天氣全國重點實驗室副主任羅冰顯介紹，子午工程二期為我國空間天氣預報和預警服務，提供了關鍵的自主數據輸入。「子午工程二期已經連續獲取空間環境觀測數據，並對外提供數據共享服務，持續產出系列成果。」羅冰顯說。
2024年5月，地球遭遇了一次超級磁暴事件。當時，子午工程二期正值試運行期間，監測系統發出預報預警信息，並完整記錄了日地空間環境對太陽活動響應的全過程。這些監測數據為人類理解太陽活動、日地關聯等提供了一手數據。截至目前，利用子午工程二期的監測數據，科研人員已發表科技論文96篇，獲批專利等48項。
李暉介紹，子午工程正在吸引全球科學家開展合作研究。同時，中國科學家還以子午工程為基礎，率先提出並主導實施國際子午圈大科學計劃，目標是建立陸地最完整的東經120°至西經60°子午圈監測鏈，實現對日地空間環境全緯度、全天候、日不落的立體觀測，破解太陽風暴、地球磁場變化等全球性挑戰難題，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。