月亮遮擋太陽(yáng)形成的日全食不僅景象壯觀，同時(shí)也是科學(xué)家觀測(cè)日冕的絕佳機(jī)會(huì)，但這樣的機(jī)會(huì)少之又少。日前，我國(guó)科學(xué)家提出了一種新的觀測(cè)模式，即到太空中利用地球的遮擋形成另類“日食”，實(shí)現(xiàn)對(duì)日冕的高精度、長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)。
提出這個(gè)奇思妙想的年輕科學(xué)家，就是中科院空間環(huán)境態(tài)勢(shì)感知技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員羅冰顯。
“他研究生就在這兒讀，現(xiàn)在已經(jīng)成長(zhǎng)為后輩中的領(lǐng)軍人物了。”中科院國(guó)家空間科學(xué)中心空間環(huán)境研究預(yù)報(bào)室主任劉四清介紹說(shuō)，“在引進(jìn)的同時(shí)，我們非常重視本土人才的培養(yǎng)和能力提升。”
記者在采訪中發(fā)現(xiàn)，該實(shí)驗(yàn)室充滿活力，同時(shí)又具有良好的研究基礎(chǔ)和保障條件，能夠?yàn)槲覈?guó)航天事業(yè)和國(guó)防建設(shè)提供一流的服務(wù)。
保障航天與國(guó)防安全
國(guó)防領(lǐng)域有一個(gè)重要方向叫空間態(tài)勢(shì)感知，主要包括對(duì)空間目標(biāo)的探測(cè)、跟蹤、識(shí)別以及對(duì)空間事件的評(píng)估、核實(shí)與環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)，是應(yīng)對(duì)空間威脅、確保空間安全的重要基石。
唯有具備較強(qiáng)的空間態(tài)勢(shì)感知能力，才能確保后續(xù)空間攻防行動(dòng)有效展開(kāi)。因此，以美國(guó)為首的軍事大國(guó)正積極開(kāi)展空間態(tài)勢(shì)感知能力建設(shè)，以此為基礎(chǔ)引發(fā)的空間安全博弈勢(shì)必成為未來(lái)軍事對(duì)抗的前沿。
“空間環(huán)境態(tài)勢(shì)感知是國(guó)家的重要需求。”劉四清表示，作為戰(zhàn)略高技術(shù)領(lǐng)域重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，空間環(huán)境態(tài)勢(shì)感知技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室有明確的國(guó)防需求。
她進(jìn)一步解釋說(shuō)，感知涉及探測(cè)、認(rèn)知和應(yīng)用，而這正是空間中心空間環(huán)境部的三個(gè)重要方向�？臻g環(huán)境部下設(shè)空間環(huán)境探測(cè)研究室、空間環(huán)境研究預(yù)報(bào)室、臨近空間環(huán)境研究室。
空間環(huán)境探測(cè)研究室是我國(guó)天基空間環(huán)境探測(cè)領(lǐng)域的開(kāi)創(chuàng)者和引領(lǐng)者，致力于發(fā)展國(guó)際一流或領(lǐng)先的天基載荷技術(shù)及其數(shù)據(jù)分析處理方法，為空間環(huán)境或空間天氣、氣象和海洋環(huán)境的監(jiān)測(cè)、研究和預(yù)報(bào)提供一手?jǐn)?shù)據(jù)，支撐空間物理研究、航天保障、氣象和海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)。
空間環(huán)境研究預(yù)報(bào)室，主要面向國(guó)家航天活動(dòng)對(duì)空間環(huán)境安全保障的需求，開(kāi)展空間環(huán)境及其預(yù)報(bào)技術(shù)研究，提供空間環(huán)境預(yù)報(bào)服務(wù)。
臨近空間環(huán)境研究室則瞄準(zhǔn)國(guó)家臨近空間開(kāi)發(fā)利用的重大戰(zhàn)略需求，致力開(kāi)展20～200公里臨近空間探測(cè)技術(shù)、應(yīng)用和應(yīng)用基礎(chǔ)研究，特別關(guān)注臨近空間飛行器面臨的環(huán)境問(wèn)題，以提升我國(guó)臨近空間資源的利用水平。
在劉四清看來(lái)，信息的認(rèn)知必須完整才能應(yīng)用，而要有認(rèn)知、預(yù)報(bào)，就一定要有前期的探測(cè)作為基礎(chǔ)；反過(guò)來(lái)，探測(cè)的目的也是為了“知”和“用”。這是一條有機(jī)的鏈條，環(huán)環(huán)相扣。
“我們?cè)谶@幾個(gè)方向都有自己深入的研究和發(fā)展，但是在技術(shù)能力等方面還是有欠缺的，很多還要繼續(xù)去做。”她說(shuō)，“新的需求很迫切，希望我們聯(lián)合在一起，提升能力，形成合力，為國(guó)家的需求，主要是航天和國(guó)防安全做好保障。”
空間環(huán)境研究先行者
這里距離北京100公里、廊坊20公里，即使離最近的鎮(zhèn)子——韓村鎮(zhèn)也有6公里。
就在這“前不著村后不著店”的荒郊野外，坐落著我國(guó)第一個(gè)針對(duì)臨近空間環(huán)境研究建設(shè)的觀測(cè)站，這也是國(guó)際上首個(gè)可重部署臨近空間大氣綜合探測(cè)站。
2010年3月，空間中心瞄準(zhǔn)國(guó)家臨近空間開(kāi)發(fā)利用的重大戰(zhàn)略需求，成立了臨近空間環(huán)境研究室，專門開(kāi)展臨近空間環(huán)境探測(cè)技術(shù)、應(yīng)用和應(yīng)用基礎(chǔ)研究，特別關(guān)注臨近空間飛行器面臨的環(huán)境問(wèn)題。
“我們終于可以打破以前只能借用國(guó)外的探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究的局面。”臨近空間環(huán)境研究室主任胡雄說(shuō)，“我們開(kāi)展的是一個(gè)新的學(xué)科方向，整個(gè)研究室和觀測(cè)站都是新建立起來(lái)的，很多人都為此付出了許多。”
作為臨近空間環(huán)境研究的先行者，他們建立了國(guó)際首臺(tái)車載鈉層測(cè)風(fēng)測(cè)溫激光雷達(dá)、車載3070激光雷達(dá)、可重部署中頻雷達(dá)、可重部署流星雷達(dá)、國(guó)內(nèi)首臺(tái)大氣重力波成像儀等先進(jìn)探測(cè)設(shè)備，建立了國(guó)際上首個(gè)可重部署臨近空間大氣綜合探測(cè)站，建立了車載信息服務(wù)平臺(tái)、數(shù)據(jù)同化預(yù)報(bào)系統(tǒng)、掩星科學(xué)反演系統(tǒng)，研發(fā)了我國(guó)首個(gè)探空火箭GNSS降落傘探空儀、主動(dòng)膨脹落球，實(shí)現(xiàn)了臨近空間環(huán)境參數(shù)的綜合探測(cè)、信息處理和信息服務(wù)能力。
“任何應(yīng)用都離不開(kāi)環(huán)境。”胡雄表示，從科學(xué)研究到工程應(yīng)用，對(duì)環(huán)境的探測(cè)、預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)、變化規(guī)律研究的需求越來(lái)越大、越來(lái)越現(xiàn)實(shí)。
上世紀(jì)90年代初，我國(guó)決定開(kāi)展載人航天活動(dòng)。為確保載人航天活動(dòng)的空間環(huán)境安全，空間中心依托于空間環(huán)境研究預(yù)報(bào)室，成立了我國(guó)首個(gè)業(yè)務(wù)化運(yùn)行的空間環(huán)境預(yù)報(bào)中心，開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)空間環(huán)境預(yù)報(bào)的歷史。
“我們研究室的成長(zhǎng)伴隨著載人航天的發(fā)展歷程。”劉四清告訴記者，他們的業(yè)務(wù)從無(wú)到有，先后研制了數(shù)十種空間環(huán)境預(yù)報(bào)模式和空間環(huán)境效應(yīng)分析模型，逐步發(fā)展形成了集數(shù)據(jù)收集處理、模式運(yùn)行、預(yù)報(bào)分析和產(chǎn)品發(fā)布為一體的空間環(huán)境預(yù)報(bào)技術(shù)系統(tǒng)，形成了覆蓋太陽(yáng)、行星際、磁層、電離層、熱層等區(qū)域關(guān)鍵空間環(huán)境要素的事件、指數(shù)和參數(shù)模式預(yù)報(bào)能力。
其中，他們提出的三維動(dòng)態(tài)非對(duì)稱全球磁層頂模式被國(guó)際同行評(píng)價(jià)為至少過(guò)去十年里該領(lǐng)域最重要的進(jìn)步，并被國(guó)際上著名的應(yīng)用最為廣泛的Tsyganenko系列地磁場(chǎng)模式最新版本所采用。
空間環(huán)境探測(cè)研究室則發(fā)端于我國(guó)第一個(gè)在軌空間環(huán)境探測(cè)項(xiàng)目——“實(shí)踐一號(hào)”，半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，它承擔(dān)了載人航天、探月工程、北斗工程、氣象衛(wèi)星、自主火星、“雙星計(jì)劃”、SMILE計(jì)劃等國(guó)家重大工程或重點(diǎn)項(xiàng)目的110多顆衛(wèi)星400多臺(tái)載荷的研制，國(guó)內(nèi)同類載荷占比超過(guò)95%。
為國(guó)家戰(zhàn)略需求時(shí)刻準(zhǔn)備
應(yīng)載人而生，為載人貢獻(xiàn)。多年來(lái)，讓劉四清和她的團(tuán)隊(duì)一直引以為自豪的是：“在載人航天工程中，我們雖非主力但卻不可或缺。”
作為載人航天工程空間環(huán)境保障分系統(tǒng)，在載人航天三步走的發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃部署下，依托空間環(huán)境研究預(yù)報(bào)室先進(jìn)的空間環(huán)境預(yù)報(bào)模式研究成果，實(shí)驗(yàn)室制定了空間環(huán)境預(yù)報(bào)和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)預(yù)報(bào)保障產(chǎn)品，完成了載人航天第一步和第二步的空間環(huán)境保障服務(wù)。
神舟一號(hào)發(fā)射前，實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)預(yù)測(cè)1999年11月18日是獅子座流星暴最強(qiáng)的時(shí)候，而這一天正是原定的發(fā)射日期。最終，指揮部采納了實(shí)驗(yàn)室的建議，將發(fā)射日期推遲了兩天，這是我國(guó)航天史上首次因空間環(huán)境原因改變發(fā)射計(jì)劃。
從神舟一號(hào)至神舟十一號(hào)和貨運(yùn)飛船，從天宮一號(hào)到天宮二號(hào)，歷次發(fā)射任務(wù)都避開(kāi)了太陽(yáng)質(zhì)子事件。伴隨小衛(wèi)星試驗(yàn)在他們提供的地磁平靜期順利完成，交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)和天宮一號(hào)再入預(yù)報(bào)的空間環(huán)境參數(shù)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確有效，航天員出艙時(shí)段的空間輻射環(huán)境安全……近20年來(lái)，實(shí)驗(yàn)室成功地為國(guó)家重大航天工程和軍事活動(dòng)提供了空間環(huán)境保障服務(wù)。
“以載人航天保障服務(wù)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，我們還開(kāi)展了探月工程和空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)的預(yù)報(bào)保障任務(wù)，使得空間環(huán)境預(yù)報(bào)保障進(jìn)一步向深空探測(cè)和空間科學(xué)探測(cè)領(lǐng)域拓展。”劉四清補(bǔ)充說(shuō)。
未來(lái)，他們還將為空間站建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和科學(xué)試驗(yàn)以及重大航天操作順利實(shí)施提供全生命周期的空間環(huán)境預(yù)報(bào)保障。
相比之下，距地面20~ 200公里、介于航空范圍與航天范圍之間的臨近空間較少被關(guān)注，曾一度被稱為“忽略層”�？蓪�(shí)際上，臨近空間的研究為有關(guān)航天與臨近空間飛行器的環(huán)境安全提供了理論基礎(chǔ)和有力保障，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
“我們的車輛開(kāi)出去，到指定的地方進(jìn)行探測(cè)，有了數(shù)據(jù)后就可以進(jìn)行預(yù)報(bào)，以支撐臨近空間飛行器的研制和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。”胡雄自豪地說(shuō)，“有了我們的數(shù)據(jù)保障，他們的飛行實(shí)驗(yàn)才有意義。”
令胡雄欣慰的是，目前，集探測(cè)技術(shù)、數(shù)據(jù)分析、理論研究和應(yīng)用于一體的臨近空間環(huán)境研究體系已經(jīng)形成，為我國(guó)臨近空間環(huán)境研究、臨近空間飛行器的安全運(yùn)行提供有力的理論和技術(shù)支撐。
空間環(huán)境探測(cè)、空間環(huán)境預(yù)報(bào)、臨近空間環(huán)境，都是國(guó)家新的需求萌生的新領(lǐng)域，空間環(huán)境態(tài)勢(shì)感知技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室把這些相關(guān)力量集中起來(lái)，解決國(guó)家需求。“或許我們的工作不會(huì)迎來(lái)鮮花和掌聲，但我們會(huì)為未來(lái)的國(guó)家戰(zhàn)略需求默默準(zhǔn)備著。”胡雄說(shuō)�！�