今天一起了解中國空間科學(xué)領(lǐng)域首個國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——子午工程。近日，由16個觀測臺站、58個觀測點組成的子午工程二期初步建成，和此前建成的子午工程一期一起，形成了覆蓋全國的兩縱兩橫“井”字形、目前世界上規(guī)模最大的空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測網(wǎng)，可以說是名副其實的“天網(wǎng)”，它的任務(wù)就是揭示空間天氣變化的過程和規(guī)律，提升空間天氣的預(yù)報水平。其中對電離層的探測是重要內(nèi)容之一。

　　新聞鏈接：什么是“空間天氣”？

　　那么和地球上的“風(fēng)雨雷電”相比，什么是“空間天氣”呢？這里簡單介紹一下，距離地面30公里的平流層以上的中高層大氣，這里的空間環(huán)境受到太陽活動的影響，會發(fā)生劇烈的變化。這種由太陽活動引起的短時間尺度的變化，就是“空間天氣”。

　　尤其是地球上空高度約60~1000公里的高層大氣叫做電離層，我們?nèi)粘５耐ㄐ拧V播、導(dǎo)航、定位都離不開這個區(qū)域。電離層“天生不安分”，存在著大量自由帶電粒子，有時還會突然出現(xiàn)擾動，使地面的無線電通信受到嚴重影響。捕捉監(jiān)測幾百到上千公里外的太空中微小電子的“一舉一動”，就好比是要用肉眼去觀察幾百公里外的一根蠟燭，難度可想而知。今年建成的子午工程標志性設(shè)備之一——海南三亞非相干散射雷達就掌握了這一關(guān)鍵核心技術(shù)，這也是目前世界最先進的地基電離層探測設(shè)備。

　　我國建成世界最先進地基電離層探測設(shè)備

　　總臺央視記者 任梅梅：現(xiàn)在我們就來到了整個雷達陣列的底部，在這里我們看到每一個天線單元下面連接了一個個的組件。這些組件正是雷達陣列的核心部件，能夠發(fā)射和接收信號。

　　專家告訴我們，8320個單元在統(tǒng)一的指令下，朝著同一方向向空中輻射電磁波，能量就會集中，威力更大。

　　中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所工程師 張寧：通過8320個組件可以將強大的能量輻射到電離層，然后電離層會散射微弱的回波信號。然后我們通過低噪聲放大和波形的編解碼，可以對微弱的散射信號進行分析，得到電離層的參數(shù)，將電離層中電子和離子的狀態(tài)，像顯微鏡一樣放大給科學(xué)家。

　　高度越高，電離層中電子的密度就越稀薄和難以探測。目前國際電離層探測高度在幾百公里。而三亞非相干散射雷達作為世界上目前口徑最大、功率最高的相控陣非相干散射雷達，將電離層探測高度提升到了上千公里。

　　不僅如此，它探測精度和靈敏度達到國際領(lǐng)先水平，能夠捕捉像等離子體這種更加細微的粒子的變化。投入運行以來，三亞非相干散射雷達首次觀測到高時空分辨率的電離層等離子體空洞剖面結(jié)構(gòu)，為開展相關(guān)物理研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。

　　中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員 樂新安：三亞主站，我們有發(fā)射接收功能。在海南島西北的儋州和東北的文昌還有兩個接收站，形成了“一發(fā)三收”的非相干散射雷達系統(tǒng)。可以簡單理解為就是一臺面向太空的“超級CT”，就能相當于同時得到三個CT切面，更好地對整個空間環(huán)境的立體狀態(tài)進行監(jiān)測。三亞非相干散射雷達是我們國家地基空間環(huán)境探測技術(shù)的一個重大突破，填補了我們國內(nèi)在地基電離層探測上大裝置的一個空白。

　　此外，作為高功率雷達，三亞非相干散射雷達還是其他射電天文設(shè)備的理想信號源。目前已攜手中國“天眼”FAST以及四川稻城圓環(huán)陣太陽成像射電望遠鏡開展聯(lián)合觀測，并初步取得一批成果。據(jù)了解，下一步三亞非相干散射雷達還將拓展月球及小天體的監(jiān)測能力。

　　子午工程二期初步建成 進入聯(lián)調(diào)試運行

　　總臺央視記者 任梅梅：在位于北京懷柔的中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心，我們還看到了陣列式大口徑激光雷達、行星際閃爍監(jiān)測望遠鏡等，它們都是子午工程二期的標志性設(shè)備。我們了解到目前子午工程二期已建設(shè)完成空間天氣監(jiān)測設(shè)備195臺套。

　　中國科學(xué)院院士、子午工程二期總指揮 王赤：子午工程二期，現(xiàn)在我們正處在一個綜合調(diào)試、聯(lián)測聯(lián)試、試運行的一個階段。我們爭取明年完成國家驗收，正式進入運行階段。

　　子午工程是中國空間科學(xué)領(lǐng)域首個國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，一期工程2008年開工建設(shè)，2012年正式運行，沿東經(jīng)120°、北緯30°，建成一縱一橫、15個綜合性臺站、87臺套監(jiān)測設(shè)備。在了解我國120°子午鏈近地空間環(huán)境特征、空間天氣擾動傳播和演化等方面取得了系列原創(chuàng)成果。

　　工程二期2019年開工建設(shè)，新增16個臺站、58個觀測點、195臺套監(jiān)測設(shè)備，與一期工程協(xié)同，沿東經(jīng)100°、北緯40°形成覆蓋全國的兩縱兩橫“井”字形地基空間環(huán)境綜合監(jiān)測網(wǎng)，覆蓋范圍更廣、探測高度更高、監(jiān)測能力更強。

　　中國科學(xué)院院士、子午工程二期總指揮 王赤：到了子午工程二期之后，我們有一些“硬核”的產(chǎn)品在國際上都處于領(lǐng)先的地位。比如說在稻城的圓環(huán)陣，是國際上孔徑最大的一個太陽射電望遠鏡。再比如說氦激光雷達，形成了6米口徑對中高層大氣全天候的探測能力。它的探測性能達到了1000公里，這在國際上所有的設(shè)備當中，目前我們了解到的，這是屬于最高水平。

　　將與一期組成世界最大空間環(huán)境地基監(jiān)測網(wǎng)

　　子午工程二期采用“一鏈、三網(wǎng)、四聚焦”的設(shè)計架構(gòu)，首次實現(xiàn)了對我國上空日地空間環(huán)境的全圈層、多要素、立體式探測。

　　“一鏈”，即太陽-行星際監(jiān)測鏈，形成了對太陽-行星際-地球的全天候監(jiān)測能力；“三網(wǎng)”包括地磁監(jiān)測網(wǎng)、中高層大氣監(jiān)測網(wǎng)和電離層監(jiān)測網(wǎng)，開展“全景”監(jiān)測；“四聚焦”指的是針對地球兩極、北方中緯、海南低緯和青藏高原這四個空間天氣擾動、圈層耦合較為特殊和強烈的地區(qū)，開展“顯微”探測。

　　中國科學(xué)院院士、子午工程二期總指揮 王赤：子午工程二期增加了對空間天氣的活動源頭——太陽的監(jiān)測，形成了從太陽到地球、端對端的空間環(huán)境的監(jiān)測，這在國際上是第一次，也是唯一的一個空間環(huán)境的監(jiān)測系統(tǒng)，做到了整個日地空間端對端的觀測。

　　據(jù)了解，未來子午工程一期和二期將運行多達44種、近300臺儀器，能夠同時覆蓋色球、日冕、太陽風(fēng)、磁層、電離層、中高層大氣，一直到低層大氣。

　　中國科學(xué)院院士、子午工程二期總指揮 王赤：瞄準世界科技前沿，我們能夠回答太陽活動如何影響地球的空間環(huán)境。在滿足國家重大需求方面，能為空間天氣預(yù)報精度的提高提供數(shù)據(jù)支撐，能保障航天、通信、導(dǎo)航等一系列的國家的空間基礎(chǔ)設(shè)施、高技術(shù)設(shè)施運行的安全。

　　(總臺央視記者 帥俊全 任梅梅 董良言 張偉克)