子午工程（1997年中國科學(xué)院建設(shè)的工程）

立項(xiàng)背景

中國已有15個(gè)空間環(huán)境監(jiān)測(cè)臺(tái)站的分布

1995年，中國科學(xué)院、信息產(chǎn)業(yè)部、教育部、中國地震局、國家海洋局聯(lián)合正式向國家提出建設(shè)子午工程的建議。

1997年6月，國家科技教育領(lǐng)導(dǎo)小組會(huì)議確定子午工程為國家重大科學(xué)工程。

2005—2007年，國家發(fā)展和改革委員會(huì)先后批復(fù)子午工程項(xiàng)目建議書、可行性研究報(bào)告和初步設(shè)計(jì)，將子午工程列入國家“十一五”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目。

2008年1月5日，子午工程正式開工建設(shè)，工程總投資1.672億元，建設(shè)期為2008年1月——2011年1月，工期3年，整體科學(xué)壽命預(yù)計(jì)超過11年。

項(xiàng)目建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組組長為中國科學(xué)院副院長曹健林，吳季主任擔(dān)任項(xiàng)目建設(shè)工程經(jīng)理部總經(jīng)理兼項(xiàng)目建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室主任，王赤副主任擔(dān)任項(xiàng)目建設(shè)工程經(jīng)理部副總經(jīng)理兼總工程師。

2021年6月23日，空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測(cè)網(wǎng)(即“子午工程”二期)位于內(nèi)蒙古的四子王旗臺(tái)站正式開工建設(shè)，預(yù)計(jì)于2023年完成基本建設(shè)。^[2]

工程內(nèi)容

“子午工程”沿東經(jīng)120°子午線附近，利用北起漠河、經(jīng)北京、武漢，南至海南并延伸到南極中山站，以及東起上海、經(jīng)武漢、西至拉薩的沿北緯30°線附近現(xiàn)有的15個(gè)監(jiān)測(cè)臺(tái)站，建成一個(gè)以鏈為主、鏈網(wǎng)結(jié)合的，綜合運(yùn)用地磁（電）、無線電、光學(xué)和探空火箭等多種手段，連續(xù)監(jiān)測(cè)地球表面20公里以上到幾百公里的中高層大氣、電離層和磁層，以及十幾個(gè)地球半徑以外的行星際空間環(huán)境中的地磁場(chǎng)、電場(chǎng)、中高層大氣的風(fēng)場(chǎng)、密度、溫度和成分，電離層、磁層和行星際空間中的有關(guān)參數(shù)，聯(lián)合運(yùn)作的大型空間環(huán)境地基監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。^[1]

監(jiān)測(cè)內(nèi)容

子午工程臺(tái)站主要監(jiān)測(cè)設(shè)備分布圖

1、地表：地磁場(chǎng)、電場(chǎng)、宇宙線強(qiáng)度；

2、中高層大氣：風(fēng)、密度、溫度、成份、氣溶膠、波動(dòng)、太陽輻射等；

3、電離層：電子和離子的濃度、溫度、運(yùn)動(dòng)、頻高圖、不均勻結(jié)構(gòu)等；

4、磁層：密度；

5、行星際：太陽風(fēng)等離子體速度。

技術(shù)特點(diǎn)

子午工程涉及了非相干散射雷達(dá)技術(shù)、高頻相干雷達(dá)技術(shù)、中高層大氣激光雷達(dá)技術(shù)、行星際閃爍探測(cè)技術(shù)、全天空干涉成像技術(shù)，以及通信和數(shù)據(jù)傳輸及處理技術(shù)等多項(xiàng)前沿關(guān)鍵技術(shù)。

子午工程在世界上是跨度最長（跨越地球緯度范圍達(dá)130°）、功能最全、綜合性最高的子午監(jiān)測(cè)鏈，為世界僅有，可進(jìn)行其它國家和地區(qū)難于開展的國際最前沿課題的研究。此外，它還體現(xiàn)了：

全球性——形成唯一可環(huán)繞地球一周的空間環(huán)境監(jiān)測(cè)子午圈；

地域性——充分體現(xiàn)中國上空環(huán)境特性研究，為了解全球近地空間環(huán)境變化必不可缺；

綜合性——綜合無線電、地磁、光學(xué)、宇宙線、火箭等多種科學(xué)裝置和手段進(jìn)行多學(xué)科綜合研究。

目標(biāo)

子午工程的科學(xué)目標(biāo)是了解空間環(huán)境中的災(zāi)害性空間天氣的變化規(guī)律，逐步弄清中國境內(nèi)東經(jīng)120°子午鏈和北緯30°緯度線上空的空間環(huán)境的區(qū)域性特征和全球變化的關(guān)系，與中國的“雙星”計(jì)劃（主要觀測(cè)磁層）、有關(guān)應(yīng)用衛(wèi)星的搭載等天基空間探測(cè)系統(tǒng)相結(jié)合，構(gòu)成分工合作、相輔相成的關(guān)系，通過各監(jiān)測(cè)系統(tǒng)協(xié)同工作，可以全面獲取空間環(huán)境各種信息，建立相應(yīng)的空間天氣因果鏈模式，發(fā)展綜合性的預(yù)報(bào)方法，為做出有重要原創(chuàng)性的科學(xué)成果提供監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)。

子午工程的工程目標(biāo)是建設(shè)與國際接軌、具有世界先進(jìn)水平的東經(jīng)120°附近空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測(cè)子午鏈。它包括非相干散射雷達(dá)、激光雷達(dá)、全天空氣輝成像儀和探空火箭等大型先進(jìn)科學(xué)裝置，以及空間物理學(xué)科的科學(xué)數(shù)據(jù)系統(tǒng)和研究與預(yù)報(bào)系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，通過國際合作與西經(jīng)60°附近的子午鏈構(gòu)成環(huán)繞地球一周的、完整的空間環(huán)境地基監(jiān)測(cè)子午圈，來監(jiān)測(cè)地球空間環(huán)境的全球變化。

子午工程的應(yīng)用目標(biāo)是為我國社會(huì)各類用戶提供完整、連續(xù)、可靠的多學(xué)科、多空間層次的空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以及有關(guān)的空間天氣模式、產(chǎn)品和成果。積極參加國內(nèi)外有關(guān)單位共同開展的空間天氣預(yù)報(bào)和服務(wù)，為減少或避免空基和地基技術(shù)系統(tǒng)以及人類健康遭受災(zāi)害性空間天氣的損傷和破壞、為提高我國空間天氣預(yù)報(bào)能力和服務(wù)水平做出重要貢獻(xiàn)。

三大系統(tǒng)

系統(tǒng)由地磁（電）分系統(tǒng)、無線電分系統(tǒng)、光學(xué)分系統(tǒng)和探空火箭綜合監(jiān)測(cè)分系統(tǒng)構(gòu)成，用于監(jiān)測(cè)中國境內(nèi)東經(jīng)120°子午鏈和北緯30°緯度線上空的空間環(huán)境。

系統(tǒng)由通信網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫分系統(tǒng)構(gòu)成。系統(tǒng)以大型專用數(shù)據(jù)庫為核心，以面向科學(xué)數(shù)據(jù)和事務(wù)管理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為主體設(shè)施，利用公用或相關(guān)業(yè)務(wù)部門的專用通信網(wǎng)絡(luò)作為信息主通道，配以連接子午工程臺(tái)站到主干網(wǎng)的子午工程專用的子網(wǎng)，是一個(gè)面向用戶的、可實(shí)現(xiàn)國際數(shù)據(jù)交換的科學(xué)支撐平臺(tái)。

本系統(tǒng)由科學(xué)運(yùn)行分系統(tǒng)、研究建模分系統(tǒng)和預(yù)報(bào)服務(wù)分系統(tǒng)構(gòu)成。科學(xué)運(yùn)行分系統(tǒng)包括科學(xué)運(yùn)行辦公室、國際合作辦公室、多功能演示廳、學(xué)術(shù)活動(dòng)廳；研究建模分系統(tǒng)包括研究與建模虛擬平臺(tái)（研究平臺(tái)、建模平臺(tái)）和專用高性能計(jì)算平臺(tái)；預(yù)報(bào)服務(wù)分系統(tǒng)包括民用預(yù)報(bào)服務(wù)平臺(tái)等。

發(fā)射記錄

子午工程首枚氣象火箭

此次發(fā)射的氣象火箭其運(yùn)載部分為中國航天科技集團(tuán)公司所屬航天動(dòng)力技術(shù)研究院定性產(chǎn)品天鷹4號(hào)A型運(yùn)載火箭。其載荷臨近空間大氣氣象探空儀是中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心研制的海燕A型氣象探空儀。這種探空儀采用了多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)使探測(cè)數(shù)據(jù)的精度有了顯著提高。

2011年5月7日7時(shí)，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目東半球空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測(cè)子午鏈（簡稱“子午工程”）首枚探空火箭在中國科學(xué)院海南探空部發(fā)射場(chǎng)成功發(fā)射。這一試驗(yàn)的成功將為我國自主監(jiān)測(cè)空間環(huán)境、保障空間活動(dòng)安全發(fā)揮重要作用。

意義作用

子午工程的建成將使中國在空間環(huán)境的地基監(jiān)測(cè)方面快速步入有重要國際影響的先進(jìn)國家之列，在亞洲發(fā)揮主導(dǎo)（或中樞）作用幾十年。中國衛(wèi)星的故障40%都與空間環(huán)境有關(guān)，若故障率下降10%，效益將十分巨大；帶給通信、導(dǎo)航、資源、氣象、地震、減災(zāi)、防災(zāi)、GPS應(yīng)用、電力、生態(tài)和人類健康以及國家安全等領(lǐng)域的長期累積效益更是難以計(jì)算的。子午工程完成后，對(duì)于充分發(fā)揮中國地域優(yōu)勢(shì)，獲取氣球和衛(wèi)星都無力探測(cè)的低電離層、熱層區(qū)域的環(huán)境數(shù)據(jù)，了解中國上空空間天氣變化規(guī)律并進(jìn)行預(yù)報(bào)，都有極其重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。

建設(shè)進(jìn)程

2022年6月29日，四川省甘孜州稻城縣境內(nèi)，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測(cè)網(wǎng)（子午工程二期），正在進(jìn)行緊張的設(shè)備安裝，預(yù)計(jì)2022年底完成天線安裝調(diào)試工作。^[3]

2022年11月13日，全球規(guī)模最大太陽射電成像裝置——子午工程二期圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡在甘孜州稻城縣主體完工，將對(duì)太陽活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為能源、通訊等基礎(chǔ)實(shí)施的安全運(yùn)行提供預(yù)警和保障。^[4]