子午工程
发布时间:2011-12-20

 
 站台示意图
 
   东半球空间环境地基综合监测子午链工程（简称子午工程），是人类监测空间和探知空间科学的前沿阵地。子午工程是我国科学家结合科学研究、航天活动、国家安全等需求，以及我国地域特征而创造性提出的，是充分联合国内资源，独立建设的我国第一个空间环境地基综合监测项目。

   子午工程简介
子午工程”是我国“十一五”中期投资建设的一个能够在地面持续运行的、综合性的、跨区域的大型空间环境观测网络。子午工程沿东经120°子午线附近，利用北起漠河、经北京、武汉，南至海南并延伸到南极中山站，以及东起上海、经武汉、成都、西至拉萨的沿北纬30°纬度线附近现有的15个监测台站，建成一个以链为主、链网结合的，运用地磁（电）、无线电、光学和探空火箭等多种手段，连续监测地球表面20～30km以上到几百公里的中高层大气、电离层和磁层，以及十几个地球半径以外的行星际空间环境中的地磁场、电场、中高层大气的风场、密度、温度和成分，电离层、磁层和行星际空间中的有关参数，联合运作的大型空间环境地基监测系统。
    助力科学研究
子午工程由空间环境监测系统、数据与通信系统和研究与预报系统组成，工程布局地磁、无线电、光学以及探空火箭等多种探测手段，包括23种95台套监测设备，分布在全国15个台站，成为地域分布最广的大科学装置。
空间环境监测系统：系统由地磁(电)分系统、无线电分系统、光学分系统和探空火箭综合监测分系统构成，用于监测我国境内东经120°子午链和北纬30°纬度线上空的空间环境。 　　
数据与通信系统：系统由通信网络分系统和数据库分系统构成。以大型专用数据库为核心，以面向科学数据和事务管理的计算机系统为主体设施，利用公用或相关业务部门的专用通信网络作为信息主通道，配以连接子午工程台站到主干网的子午工程专用的子网，是一个面向用户的、可实现国际数据交换的科学支撑平台。 　　
研究与预报系统：由科学运行分系统、研究建模分系统和预报服务分系统构成。科学运行分系统包括科学运行办公室、国际合作办公室、多功能演示厅、学术活动厅；研究建模分系统包括研究与建模虚拟平台（研究平台、建模平台）和专用高性能计算平台；预报服务分系统包括民用预报服务平台等。
子午工程建成了很多国际先进的监测设备，如非相干散射雷达、甚高频雷达等，关键技术攻关成为工程建设的重点和难点。它将为各类用户提供完整、连续、可靠的多学科、多层次的空间环境地基综合监测数据。同时，也为我国的航天、通信和导航以及空间安全保驾护航。

我国“子午工程”首枚探空火箭发射成功
   测试正常蓄势待发
2012年子午工程将完成国家验收，转入正式运行。“边建设，边运行，边产出”是子午工程立项前就提出的建设原则。
    2010年，子午工程进入调试和试运行阶段，开始根据不同情况展开常规模式和任务/事件模式试运行。目的是检验各运行单元的指标和系统总体的功能、性能，数据流畅通性以及系统间协同工作的能力。
    2011年9月20日到10月20日举行了子午工程联合测试，11家共建单位联合三大系统，利用分布在我国区域东经120度和北纬30度附近的21种、70余台监测设备开展联合测试。期间设备汇交科学数据文件18.7万个。截至联试结束，数据中心收集科学数据文件191万个，共计448.31GB。联试期间标准化加工产出数据文件1576个，总计58.02GB，可视化加工产出数据文件1.5万个，总计1.19GB。
从监测地域范围覆盖、空间圈层到参数均满足要求，检验了子午工程对空间环境综合监测能力和系统间的协同工作能力。在联合测试过程中，正值天宫一号发射，子午工程民用预报服务平台的相关预报产品得到了应用，发挥了很好的支撑作用。
   三维环境监测意义非凡
空间是地球除陆地、海洋、大气之外的第四环境，空间科学探测与研究的主要范围也是航天、通信、导航和空间军事等高科技活动的重要场所。
太阳电磁辐射（可见光、X射线、紫外辐射等）沿子午线的天顶角效应，及地球自转和公转的效应，使地球空间环境具有随时间、地域差别的全球三维结构。它们对磁层结构、电离层结构、带电粒子和等离子体输运过程等起到重要的调控作用，使许多基本空间物理过程沿子午圈发生。
随着地球自转，子午圈上的空间环境将经历白天和黑夜的变化，可对地球上空的空间环境进行全球扫描。因此沿子午线配置空间环境监测链，对于了解近地空间环境全球结构的变化规律具有重要科学意义。
我国空间环境的地基监测历史悠久，但是过去的地基监测多属单个台站进行孤立的监测，没有形成协调统一的观测体系。子午工程利用北起漠河，经北京、武汉，南至海南并延伸到南极中山站，以及东起上海，西至拉萨的15个综合性观测台站, 建成一个以链为主、链网结合的监测平台。

   子午工程三大目标
科学目标：了解空间环境中的灾害性空间天气的变化规律，逐步弄清中国境内东经120°子午链和北纬30°纬度线上空的空间环境的区域性特征和全球变化的关系，与中国的“双星”计划（主要观测磁层）、有关应用卫星的搭载等天基空间探测系统相结合，构成分工合作、相辅相成的关系，通过各监测系统协同工作，可以全面获取空间环境各种信息，建立相应的空间天气因果链模式，发展综合性的预报方法，为做出有重要原创性的科学成果提供监测基础。
工程目标：建设与国际接轨、具有世界先进水平的东经120°附近空间环境地基综合监测子午链。它包括非相干散射雷达、激光雷达、全天空气辉成像仪和探空火箭等大型先进科学装置，以及空间物理学科的科学数据系统和研究与预报系统。在此基础上，通过国际合作与西经60°附近的子午链构成环绕地球一周的、完整的空间环境地基监测子午圈，来监测地球空间环境的全球变化。
应用目标：为我国社会各类用户提供完整、连续、可靠的多学科、多空间层次的空间环境地基综合监测数据，以及有关的空间天气模式、产品和成果；积极参加国内外有关单位共同开展的空间天气预报和服务，为减少或避免空基和地基技术系统以及人类健康遭受灾害性空间天气的损伤和破坏、为提高我国空间天气预报能力和服务水平做出重要贡献。

   国际合作：国际子午圈计划
子午工程在国际上也备受关注。2010年8月，美国《空间天气》杂志以封面文章对子午工程作了介绍。杂志编辑用“雄心勃勃”、“影响深远”、“震撼”等词汇评述子午工程。
    以子午工程为基础，中国科学家率先发起“国际子午圈计划”，旨在通过国际合作，充分利用国外资源，向北延伸至俄罗斯，向南经过东南亚相关国家、澳大利亚等，并和西半球60度附近的子午链构成第一个，也是唯一环绕地球一周的空间环境监测子午圈。
    国际子午圈计划将与俄罗斯、澳大利亚、加拿大、美国、巴西等国的近百个监测台站进行合作，共同对子午线附近空间环境进行监测，实现日夜24小时、全球纬度的同时观测。
    2012年，子午工程将在地球空间环境对行星际扰动的响应，地球空间各圈层的耦合，以及子午链上空间天气传播过程等方面进行探索和研究。
但子午工程系统复杂、探测方法全、监测设备多、地域分布广、共建单位多，从而给工程实施和管理带来很大困难。各个系统、设备的协调工作，各种探测数据的综合处理和分析都没有成熟经验可借鉴，因此是极具挑战性的探索。