月亮遮擋太陽形成的日全食不僅景象壯觀，同時也是科學家觀測日冕的絕佳機會，但這樣的機會少之又少。日前，我國科學家提出了一種新的觀測模式，即到太空中利用地球的遮擋形成另類“日食”，實現(xiàn)對日冕的高精度、長時間觀測。
提出這個奇思妙想的年輕科學家，就是中科院空間環(huán)境態(tài)勢感知技術(shù)重點實驗室研究員羅冰顯。
“他研究生就在這兒讀，現(xiàn)在已經(jīng)成長為后輩中的領(lǐng)軍人物了。”中科院國家空間科學中心空間環(huán)境研究預(yù)報室主任劉四清介紹說，“在引進的同時，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)，該實驗室充滿活力，同時又具有良好的研究基礎(chǔ)和保障條件，能夠為我國航天事業(yè)和國防建設(shè)提供一流的服務(wù)。
保障航天與國防安全
國防領(lǐng)域有一個重要方向叫空間態(tài)勢感知，主要包括對空間目標的探測、跟蹤、識別以及對空間事件的評估、核實與環(huán)境監(jiān)測預(yù)報，是應(yīng)對空間威脅、確保空間安全的重要基石。
唯有具備較強的空間態(tài)勢感知能力，才能確保后續(xù)空間攻防行動有效展開。因此，以美國為首的軍事大國正積極開展空間態(tài)勢感知能力建設(shè)，以此為基礎(chǔ)引發(fā)的空間安全博弈勢必成為未來軍事對抗的前沿。
“空間環(huán)境態(tài)勢感知是國家的重要需求。”劉四清表示，作為戰(zhàn)略高技術(shù)領(lǐng)域重點實驗室，空間環(huán)境態(tài)勢感知技術(shù)重點實驗室有明確的國防需求。
她進一步解釋說，感知涉及探測、認知和應(yīng)用，而這正是空間中心空間環(huán)境部的三個重要方向�？臻g環(huán)境部下設(shè)空間環(huán)境探測研究室、空間環(huán)境研究預(yù)報室、臨近空間環(huán)境研究室。
空間環(huán)境探測研究室是我國天基空間環(huán)境探測領(lǐng)域的開創(chuàng)者和引領(lǐng)者，致力于發(fā)展國際一流或領(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、研究和預(yù)報提供一手數(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)測預(yù)報。
空間環(huán)境研究預(yù)報室，主要面向國家航天活動對空間環(huán)境安全保障的需求，開展空間環(huán)境及其預(yù)報技術(shù)研究，提供空間環(huán)境預(yù)報服務(wù)。
臨近空間環(huán)境研究室則瞄準國家臨近空間開發(fā)利用的重大戰(zhàn)略需求，致力開展20～200公里臨近空間探測技術(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)境問題，以提升我國臨近空間資源的利用水平。
在劉四清看來，信息的認知必須完整才能應(yīng)用，而要有認知、預(yù)報，就一定要有前期的探測作為基礎(chǔ)；反過來，探測的目的也是為了“知”和“用”。這是一條有機的鏈條，環(huán)環(huán)相扣。
“我們在這幾個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，“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，為國家的需求，主要是航天和國防安全做好保障。”
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，坐落著我國第一個針對臨近空間環(huán)境研究建設(shè)的觀測站，這也是國際上首個可重部署臨近空間大氣綜合探測站。
2010年3月，空間中心瞄準國家臨近空間開發(fā)利用的重大戰(zhàn)略需求，成立了臨近空間環(huán)境研究室，專門開展臨近空間環(huán)境探測技術(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)境問題。
“我們終于可以打破以前只能借用國外的探測數(shù)據(jù)進行研究的局面。”臨近空間環(huán)境研究室主任胡雄說，“我們開展的是一個新的學科方向，整個研究室和觀測站都是新建立起來的，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，他們建立了國際首臺車載鈉層測風測溫激光雷達、車載3070激光雷達、可重部署中頻雷達、可重部署流星雷達、國內(nèi)首臺大氣重力波成像儀等先進探測設(shè)備，建立了國際上首個可重部署臨近空間大氣綜合探測站，建立了車載信息服務(wù)平臺、數(shù)據(jù)同化預(yù)報系統(tǒng)、掩星科學反演系統(tǒng)，研發(fā)了我國首個探空火箭GNSS降落傘探空儀、主動膨脹落球，實現(xiàn)了臨近空間環(huán)境參數(shù)的綜合探測、信息處理和信息服務(wù)能力。
“任何應(yīng)用都離不開環(huán)境。”胡雄表示，從科學研究到工程應(yīng)用，對環(huán)境的探測、預(yù)測、預(yù)報、變化規(guī)律研究的需求越來越大、越來越現(xiàn)實。
上世紀90年代初，我國決定開展載人航天活動。為確保載人航天活動的空間環(huán)境安全，空間中心依托于空間環(huán)境研究預(yù)報室，成立了我國首個業(yè)務(wù)化運行的空間環(huán)境預(yù)報中心，開創(chuàng)了我國空間環(huán)境預(yù)報的歷史。
“我們研究室的成長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)從無到有，先后研制了數(shù)十種空間環(huán)境預(yù)報模式和空間環(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、模式運行、預(yù)報分析和產(chǎn)品發(fā)布為一體的空間環(huán)境預(yù)報技術(shù)系統(tǒng)，形成了覆蓋太陽、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)報能力。
其中，他們提出的三維動態(tài)非對稱全球磁層頂模式被國際同行評價為至少過去十年里該領(lǐng)域最重要的進步，并被國際上著名的應(yīng)用最為廣泛的Tsyganenko系列地磁場模式最新版本所采用。
空間環(huán)境探測研究室則發(fā)端于我國第一個在軌空間環(huán)境探測項目——“實踐一號”，半個世紀以來，它承擔了載人航天、探月工程、北斗工程、氣象衛(wèi)星、自主火星、“雙星計劃”、SMILE計劃等國家重大工程或重點項目的110多顆衛(wèi)星400多臺載荷的研制，國內(nèi)同類載荷占比超過95%。
為國家戰(zhàn)略需求時刻準備
應(yīng)載人而生，為載人貢獻。多年來，讓劉四清和她的團隊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)報室先進的空間環(huán)境預(yù)報模式研究成果，實驗室制定了空間環(huán)境預(yù)報和評估標準，設(shè)計預(yù)報保障產(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)。
神舟一號發(fā)射前，實驗室團隊預(yù)測1999年11月18日是獅子座流星暴最強的時候，而這一天正是原定的發(fā)射日期。最終，指揮部采納了實驗室的建議，將發(fā)射日期推遲了兩天，這是我國航天史上首次因空間環(huán)境原因改變發(fā)射計劃。
從神舟一號至神舟十一號和貨運飛船，從天宮一號到天宮二號，歷次發(fā)射任務(wù)都避開了太陽質(zhì)子事件。伴隨小衛(wèi)星試驗在他們提供的地磁平靜期順利完成，交會對接試驗和天宮一號再入預(yù)報的空間環(huán)境參數(shù)預(yù)報準確有效，航天員出艙時段的空間輻射環(huán)境安全……近20年來，實驗室成功地為國家重大航天工程和軍事活動提供了空間環(huán)境保障服務(wù)。
“以載人航天保障服務(wù)經(jīng)驗為基礎(chǔ)，我們還開展了探月工程和空間科學先導(dǎo)專項的預(yù)報保障任務(wù)，使得空間環(huán)境預(yù)報保障進一步向深空探測和空間科學探測領(lǐng)域拓展。”劉四清補充說。
未來，他們還將為空間站建設(shè)、運營和科學試驗以及重大航天操作順利實施提供全生命周期的空間環(huán)境預(yù)報保障。
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”�？蓪嶋H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)用價值。
“我們的車輛開出去，到指定的地方進行探測，有了數(shù)據(jù)后就可以進行預(yù)報，以支撐臨近空間飛行器的研制和驗證實驗。”胡雄自豪地說，“有了我們的數(shù)據(jù)保障，他們的飛行實驗才有意義。”
令胡雄欣慰的是，目前，集探測技術(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，為我國臨近空間環(huán)境研究、臨近空間飛行器的安全運行提供有力的理論和技術(shù)支撐。
空間環(huán)境探測、空間環(huán)境預(yù)報、臨近空間環(huán)境，都是國家新的需求萌生的新領(lǐng)域，空間環(huán)境態(tài)勢感知技術(shù)重點實驗室把這些相關(guān)力量集中起來，解決國家需求。“或許我們的工作不會迎來鮮花和掌聲，但我們會為未來的國家戰(zhàn)略需求默默準備著。”胡雄說�！�