子午工程二期通過國家驗收，我國空間環境地基監測能力世界領先

3月21日，國家發展改革委批複建設的「十三五」國家重大科技基礎設施——空間環境地基綜合監測網（子午工程二期）正式通過國家驗收。這是我國建成的國際首個覆蓋日地空間全圈層（太陽風-磁層-電離層-中高層大氣）的綜合性空間環境地基監測設施，標誌著我國空間環境地基監測能力躍居世界領先地位，為全球空間天氣研究貢獻出中國方案。

空間環境地基監測「三步走」

日地空間是當前人類航天活動、空間開發利用的主要區域，是繼陸海空環境之後的「第四環境」。一般來說，日地空間環境是指地表20-30千米（平流層頂）以上直至太陽表面的廣闊區域，涵蓋了物理性質不同的中高層大氣、電離層、磁層、行星際空間和太陽日冕等五大圈層，是由太陽不斷向外輸出的巨大能量和物質與地球大氣相互作用而形成的。

類似於地球天氣是地球大氣環境中短時間尺度的變化，太陽上出現一系列爆發現象，如耀斑和日冕物質拋射等，會引起日地空間環境的等離子體、磁場、輻射、電離層及中高層大氣等空間環境狀態變化，被形象地稱為「空間天氣」。

在開發和利用空間的過程中，人類要面對災害性空間天氣事件的威脅和影響。災害性空間天氣可導致衛星失效、通信中斷、導航偏差、電網癱瘓等重大風險，威脅國家安全與民生基礎設施。

瞭解日地空間環境特徵，揭示日地空間天氣鏈鎖變化過程及其變化規律，提升空間天氣預報水平，是搶佔空間天氣科技製高點、滿足國家戰略需求和人民利益的迫切要求。

「空間環境監測主要分為天基監測和地基監測兩種方式，‘兩條腿’缺一不可。」中國科學院國家空間科學中心副主任、子午工程中心主任李暉介紹，天基監測多採用衛星等飛行器在空間進行探測，但受到軌道、重量、功耗、壽命等限制。相比之下，地基監測具有連續、方便、可控、可信、經濟可承受的優勢。他舉例說，近年來，公眾經常聽說的地磁暴，反映的就是地球中緯度地區的地磁擾動水平。地磁暴期間，地磁擾動具有晨昏差異特性，甚至可以超過50%的差異，所以地基監測尤為必要。

我國科學家順應時勢提出建設我國自主空間環境地基監測網絡（即「子午工程」）的構想，並製定了三步走的發展戰略：一期成鏈，從無到有；二期組網，從有到強；三期立足國內，引領世界，推動國際子午圈大科學計劃。

子午二期「織密」監測網絡，實現「從有到強」

2008年，我國空間科學領域首個國家重大科技基礎設施——東半球空間環境地基綜合監測子午鏈（子午工程一期）開工建設。

地球的磁力線大致沿經線（子午線）分佈，空間天氣事件一般都沿磁力線傳播和演化，而隨著地球的自轉，利用子午線上的台站聯合探測，可以實現對空間環境進行掃瞄觀測，類似於給地球空間環境做CT。

子午工程一期利用東經120°子午線附近（北起漠河，經北京、武漢，南至海南並延伸到南極中山站）、北緯30°附近（東起上海，經武漢、成都，西至拉薩）的15個觀測台站，共建設了87台不同類型的監測設備，採用地磁（電）、無線電、光學等手段，可連續監測地球表面20千米到幾百千米高度的中高層大氣、電離層和磁層，以及十幾個地球半徑以外的行星際空間。

子午工程一期自2012年正式運行，已經歷超過一個太陽周（11年），為提升我國空間環境研究和應用水平作出了重要貢獻。

2019年，「十三五」規劃首批優先啟動的國家重大科技基礎設施——空間環境地基綜合監測網（子午工程二期）開工建設。在子午工程一期的基礎上，新增了16個台站、195台（套）監測設備，形成沿東經100°、東經120°、北緯40°、北緯30°附近「井」字形佈局。

子午工程二期在懷柔科學城建成了子午工程綜合信息與運控中心，可對195台設備產生的298種空間環境監測數據進行大容量存儲、快速處理與分析。新京報記者 張璐 攝

子午工程二期由中國科學院國家空間科學中心牽頭，聯合8個部門的15家單位協同攻關，實現從太陽表面爆發、行星際傳播到地球空間響應的全鏈條追蹤監測。在子午工程一期的基礎上，子午工程二期新增了一系列先進的太陽-行星際監測設備，形成對日地空間全鏈條的監測能力（「一鏈」）；採用地磁、無線電、光學等手段，對我國區域的電離層、中高層大氣、地磁形成網絡化的監測能力（「三網」）；在極區高緯、北方中緯、海南（南方）低緯、青藏高原4個重點區域建設國際先進的大型監測設備，開展對空間環境的精細「顯微」探測（「四聚焦」）。這種「一鏈、三網、四聚焦」的架構，將使得子午工程首次實現對日地空間環境全圈層、多要素綜合的立體式探測，顯著提升我國空間天氣預報預警能力。

「之前我們沒有系統性的空間環境地基監測，都是零散、自發的，子午一期實現了‘從無到有’，探索出一條有組織監測的路徑。一期關注的是我國近地空間環境，即地表幾百公里高度。我們主要採用了成熟的小型設備，而且大部分是來自於進口。」李暉說，子午二期「從有到強」，能夠實現對於空間天氣源頭——太陽日冕磁場、太陽表面活動、太陽射電爆發的連續監測，範圍包括太陽到地球1.5億公里的廣袤空間。「我們走出了一條自立自強的道路，自主研製了以稻城圓環陣太陽射電望遠鏡為代表的一系列大型標誌性設備。」

試運行期間已捕捉到去年超級磁暴事件

據子午工程二期總工程師徐寄遙介紹，子午工程二期建成了一批大型監測設備，其技術指標達到國際先進水平，如全球最大綜合孔徑射電望遠鏡——圓環陣太陽射電成像望遠鏡，實現了最大視場達到10個Rs（太陽半徑）的連續穩定的太陽射電成像與頻譜觀測能力，以及日冕射電活動的三維層析；國際首台全季節觀測陣列式大口徑激光雷達，實現探測高度200-1000公里，其信號靈敏度是國際同類設備的100-200倍；全球探測能力最強的三站式相控陣非相干散射雷達，實現上千公里電離層的CT掃瞄和3份量成像探測能力；我國首台行星際閃爍監測望遠鏡，太陽風三維結構反演能力國際先進。

子午工程二期已經連續獲取空間環境觀測數據，並對外提供數據共享服務，持續產出系列成果。在試運行期間，工程展現出卓越性能，如成功捕捉到2024年5月超級磁暴事件，完整記錄日地空間環境對太陽活動響應的全過程，展現了其對空間天氣事件的快速、高精度、全局監測能力。截至目前，利用子午工程二期的監測數據，已發表科技論文96篇，獲批專利等48項。

子午工程二期是我國「十三五」時期空間科學領域的標誌性工程，其覆蓋範圍最廣、監測要素最全、綜合能力最強。子午工程二期將吸引全球科學家開展合作研究，為瞭解人類生存繼陸海空環境之後的「第四環境」作出重大貢獻。

目前子午工程一期和二期已融合運行。中國科學家還以子午工程為基礎，率先提出並主導實施國際子午圈大科學計劃，目標是建立陸地最完整的東經120°至西經60°子午圈監測鏈，實現對日地空間環境全緯度、全天候、日不落的立體觀測，解決太陽風暴、地球磁場變化等全球性挑戰難題，為應對空間天氣災害、和平利用空間、在外空領域推動構建人類命運共同體提供科學依據。

新京報記者 張璐

編輯 劉夢婕 校對 張彥君