空間物理學(xué)家劉振興 雙星計劃實現(xiàn)探測跨越
來源：濰坊晚報 發(fā)布時間：2022-02-17 14:09:29
劉振興發(fā)現(xiàn),ISTP計劃中的一些衛(wèi)星在軌道布局方面存在著局限性,而這是人們認識、研究地球空間不可缺少的部分。由他牽頭,中國提出了“雙星計劃”,并高效實施,最終取得成功,我國的空間探測就此邁上新的臺階。
“雙星計劃”出世盤活空間探測“棋局”
我國是一個空間大國,但還不是空間強國,在空間探測方面與空間強國相比還有相當(dāng)大的差距,這正是限制我國空間科學(xué)發(fā)展的主要因素之一。因此,亟須發(fā)展我國的空間探測和科學(xué)研究,迅速提高我國空間科學(xué)研究的水平。雖然我國與歐空局Cluster計劃開展了合作,但還缺乏自主的空間科學(xué)探測與研究計劃。
劉振興認為,隨著人類對空間探索的逐漸延伸,項目的規(guī)模也會越來越大,在一個國家能力有限的情況下,國際合作是人們逐步了解浩淼宇宙的最有效方式。
他通過分析研究,發(fā)現(xiàn)ISTP計劃中,一些衛(wèi)星在軌道布局方面存在局限性,即這些衛(wèi)星的遠地點都較高,不能覆蓋磁層空間暴(包括磁層亞暴、磁暴和磁層粒子暴)的重要活動區(qū)。而劉振興已研究這些區(qū)域幾十年,認為這是人們認識、研究地球空間不可缺少的部分。
1997年1月,由劉振興院士牽頭,中國相關(guān)科學(xué)家多次討論,提出“地球空間雙星探測計劃”,即“雙星計劃”。1997年4月,劉振興院士在北京香山科學(xué)會議上正式提出中國“雙星計劃”,受到了與會專家和國家有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的重視。
“雙星計劃”是我國空間物理界的一項重要的創(chuàng)新計劃,它包括兩顆以大橢圓軌道繞地球運行的小衛(wèi)星,分別對地球近赤道區(qū)和極區(qū)兩個地球空間環(huán)境變化最為重要的區(qū)域進行寬能譜粒子、高精度磁場及其波動的探測。主要研究太陽活動和行星際擾動觸發(fā)磁層空間暴和災(zāi)害性地球空間天氣的物理過程；建立磁層空間暴的物理模型、地球空間環(huán)境動態(tài)模型以及預(yù)報方法。
雙星計劃中的赤道衛(wèi)星極區(qū)衛(wèi)星上分別載有9臺和10臺探測儀器。赤道區(qū)衛(wèi)星的軌道是:近地點550公里,遠地點74000公里；傾角約為28度。極區(qū)衛(wèi)星軌道是:近地點350公里,遠地點25000公里,傾角約90度左右。兩顆衛(wèi)星遙相配合,將構(gòu)成具有明顯創(chuàng)新特色的星座式獨立探測體系,運行在ISTP衛(wèi)星尚未覆蓋的近地磁層重要活動區(qū),“雙星計劃”與歐洲空間局的磁層探測計劃組成密切配合的兩個聯(lián)合觀測項目,形成人類歷史上第一次對地球空間的六點立體探測。劉振興院士打了一個比喻:就像下棋,位置非常關(guān)鍵,就空著兩個地方,下上棋子,這盤棋就活了。
國際空間機構(gòu)積極合作,“雙星”發(fā)射成功
雙星計劃得到了國際空間物理界的關(guān)注。歐空局和國際空間機構(gòu)協(xié)調(diào)組在工作會議上專門對劉振興提出的“雙星計劃”進行了討論,高度評價其科學(xué)構(gòu)想,并通過了推薦書,表示將積極與雙星計劃合作。特別是歐空局,1996年6月4日由于阿麗亞娜5型火箭飛行軟件出現(xiàn)故障,發(fā)射時發(fā)生爆炸,clusterI四顆星簇衛(wèi)星化為煙云和碎片,clusterI計劃失??；1997年4月,clusterII計劃啟動,他們對雙星計劃的合作意愿強烈,派出以科學(xué)項目主任為首的代表團訪問北京,與中國科學(xué)院空間中心討論了“雙星計劃”的合作問題。
歐空局代表團認為,“雙星計劃”對Cluster水平的提高至關(guān)重要。1997年11月舉行的歐空局Cluster科學(xué)工作隊會議上,主要研究者們一致通過與“雙星計劃”研究者進行合作。同時,國際空間局協(xié)調(diào)組(IACG)也通過一項議題,將“雙星計劃”納入國際探測任務(wù)。
1999年9月,歐空局代表團訪華,歐空局認為中國“雙星計劃”與歐空局clusterII計劃的合作將會對國際日地物理計劃作出重要貢獻,并正式向中科院和中國國家航天局提出與“雙星計劃”合作的請求。
2001年7月,中國國家航天局局長欒恩杰和歐空局局長羅達塔又在法國巴黎歐空局本部正式簽署了關(guān)于“雙星計劃”的合作協(xié)議。根據(jù)協(xié)議,歐空局組織協(xié)調(diào)歐洲有關(guān)科研單位向“雙星計劃”提供8臺(其中一臺由中歐雙方合作研制)先進探測儀器、一個歐空局衛(wèi)星地面接收站,接收雙星的部分探測數(shù)據(jù),并對有關(guān)的衛(wèi)星技術(shù)(如衛(wèi)星剩磁、衛(wèi)星表面電位和輻射環(huán)境劑量計算等)提供咨詢和協(xié)助。
劉振興由衷地高興,他說,合作是空間探測的大趨勢,雙方近10年來的合作是順利的,也是成功的,中國正由一個空間大國成為一個空間強國。他特別指出,clusterII和“雙星計劃”運行的時間范圍,正是太陽爆發(fā)事件最頻繁的時期。clusterII和“雙星計劃”相配合,在探測區(qū)域方面優(yōu)勢互補,將會成為21世紀(jì)國際上最重要的日地空間探測計劃。
2003年12月30日,“雙星計劃”中的赤道區(qū)衛(wèi)星“探測一號”(TC-1)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心由“長征二號丙/SM”型運載火箭成功發(fā)射；2004年7月25日,“雙星計劃”中的極區(qū)衛(wèi)星“探測二號”(TC-2)在太原衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射成功。
“中國速度”讓空間探測實現(xiàn)跨越式發(fā)展
“雙星計劃”的實施,創(chuàng)造了令歐洲合作伙伴驚訝的“中國速度”。從2001年10月立項,到2004年7月完成兩顆衛(wèi)星的在軌部署,總共不到三年時間,這樣的速度無疑是高難度的挑戰(zhàn)。
因為要與歐洲空間局已在2000年7月、8月升空的4顆星一起組成6點交匯立體探測網(wǎng),中方的研制進度就要加快,同時,衛(wèi)星要穿越磁層、輻射帶,面對的空間環(huán)境比歐洲的4顆星更惡劣。一開始,歐洲人不相信中方能在三年內(nèi)研制兩顆衛(wèi)星。
然而,當(dāng)他們在中國各地悠閑度假時,中方研制人員正在加班加點,節(jié)假日也不休息。歐方研制的探測儀器反倒跟不上中方的研制進度了,一個項目經(jīng)理因此被撤換。探測一號、探測二號兩顆衛(wèi)星,上面的接插件、各種接口加起來有幾百個,測試時沒有發(fā)現(xiàn)一個差錯。歐洲空間局派來的工程師也一同參加測試,看到這樣的結(jié)果豎起了大拇指,說這在歐空局也很難做到。
地球空間雙星探測計劃是我國第一個空間科學(xué)探測計劃,是我方為主的我國與歐空局開展合作的重大國際合作探測計劃。“雙星計劃”的順利實施為我國空間物理研究取得了大量先進的探測數(shù)據(jù)；提高了多點衛(wèi)星探測數(shù)據(jù)的分析能力,并取得了創(chuàng)新性研究成果；提高了空間探測儀器的研制水平；提高了我國衛(wèi)星技術(shù)的研制水平；培養(yǎng)了一支高水平的空間科技隊伍。
“‘雙星計劃’的實施,實現(xiàn)了我國空間探測跨越式的發(fā)展,使我國的空間探測邁上了一個新的臺階,提高了我國在國際空間物理界的地位。”中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心主任吳季這樣評價。
責(zé)任編輯：邢敏
