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劉振興︰打造中國的“雙子星座”
（2005年03月12日 13:27:07）
來源︰《科學時報》
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□作者: 劉振興
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——訪“地球空間雙星探測計劃”首席科學家劉振興院士
劉振興 |
我國第一個空間科學探測計劃——“地球空間雙星探測計劃”(簡稱雙星計劃)已進入最為關鍵的階段。作為由我國科學家首先提出，國際上先進空間機構參與合作，並由我國牽頭組織實施的大型空間探測計劃，項目啟動近兩年來所取得的一系列進展，以及整個工程計劃的未來走勢一直為人們所關注。這項科學探測活動的創新特色是什麼，它需要達到什麼樣的科學目標，其意義何在，日前，雙星計劃的首席科學家、中國科學院院士劉振興就相關問題接受了記者的采訪。
雙星共舞
雙星計劃實際上是一項空間物理探測計劃。空間物理和空間環境探測對空間知識創新、探測技術創新及空間物理研究和空間天氣預報的創新起著至關重要的作用。我國在空間運載技術方面已經進入了國際先進行列，但在空間探測技術方面與空間研究發達國家相比還有較大差距。因此，當劉振興及相關科學家在1997年提出“雙星計劃”後，立即得到了學術界以及國家有關部門的高度重視，並且受到國際空間界的關注和響應。
雙星計劃何以受到如此禮遇，劉振興認為，這與其深遠的科學意義是密不可分的。
人類生活的地球空間包括地球磁層、電離層和中高層大氣。在空間時代，它已成為人類在空間進行各類科學實驗，開發利用空間以及從事空間軍事進攻防御的主要活動區域。地球空間是一個各層次緊密聯系的復雜耦合系統，直接受太陽活動、行星際擾動和人為活動的影響，經常發生一些爆發性事件，即所謂的地球空間暴。這些地球空間暴可引起地球空間環境的劇烈變化，對人類生存環境造成顯著影響。因而，國際上各空間研究發達國家一直對地球空間環境及其變化特性的探測和研究給予高度重視。
地球空間暴多空間層次和多時空尺度相互作用的研究是目前日地空間物理學集中研究的重大前沿領域之一。但由于衛星觀測手段的限制，缺乏多尺度和多層次的觀測數據，地球空間暴之謎迄今未能解開。此外，多尺度相互作用的理論難題也是研究地球空間暴的巨大障礙。
幾十年來，日地空間探測一直在不斷發展。20世紀90年代的國際日地物理計劃(ISTP)是日地空間物理探測的一次飛躍。該計劃通過國際合作，將日地系統作為一個統一的整體進行多顆衛星的協同探測。這其中就包括歐空局的CkusterⅡ計劃所發射的4顆衛星。但由于已發射的ISTP衛星的遠地點都很高，探測不到近磁層地球空間暴的主要活動區，致使ISTP在地球空間的研究中未能達到預期目標。
我國的雙星計劃正是根據ISTP衛星在空間分布存在的局限性和目前存在的重大科學問題以及國家重要需求提出來的。雙星計劃包括的兩顆小衛星運行于ISTP衛星不能覆蓋的兩個磁層重要活動區︰一是近地赤道活動區；一是近地極區活動區，這兩個區域正是磁層空間暴的發生區。這兩顆小衛星相互配合，構成具有獨立系統的並有顯著特色的雙星探測計劃。
劉振興指出，雙星計劃是我國以自己提出的探測計劃牽頭開展的國際合作重大科學探測項目。雙星計劃與歐空局的CkusterⅡ的4顆衛星相配合，在人類歷史上第一次進行地球空間“六點探測”，開創了地球空間天氣多層次和多時空尺度研究新階段。通過建立雙星計劃科學應用分系統，將能夠取得可靠的科學數據和便于科學研究的數據產品；系統分析雙星和CkusterⅡ的探測數據，揭示近地磁層重要活動區場和粒子時空變化的新現象；深入研究地球空間暴的多空間層次和多時空尺度的驅動和觸發機理；建立地球空間暴的理論模型和預報模型；培養高水平的年輕科技隊伍，提高科研創新能力，在地球空間暴領域取得突破性進展。
雙重任務
雙星計劃包括一顆赤道星和一顆極軌星，將分別于2003年底和2004年中發射。
劉振興告訴記者，為了保證衛星順利升空，在過去的近兩年時間里，中國科學院空間中心等單位的科研人員承擔了數據應用和星上部分設備研制的雙重任務。科研人員進行了中方負責的5種空間物理探測儀器的研制工作，完成了重要的技術攻關和技術驗證試驗，高水平地開展了與歐空局提供的載荷的技術協調工作；研制的6種公用設備負擔著處理各種載荷的數據接口的工作，在與歐洲載荷的電聯調驗證試驗中，做到了一次試驗成功，不但中方的設備沒有出現問題，還發現和暴露了對方設備和技術指標中的幾個疑點問題並且進行了歸零；研制的地面綜合電測設備，在國內首次采用了程序化的自動測試方案，並應用在與歐空局提供的載荷的聯試中，獲得了圓滿的成功；同時研究人員還進行了大量的預研，特別著重學習CLUSTERⅡ科學運行的經驗，編制了科學實驗大綱和長期運行計劃(MSP)作為科學運行的指導，並在此基礎上深入研究業務運行期間的科學探測要求以及如何實現的問題。
應用系統與有效載荷在2003年將完成國內有效載荷的正樣研制工作，交付衛星總體準備發射，對歐空局設備交付進行質量把關和聯調試驗工作，完成應用系統的地面聯試試驗以及在軌測試和業務運行的準備工作，包括地面站設備與Vikkafranca地面站的聯調，科學探測大綱的進一步完善、長期科學運行計劃、短期科學運行計劃更改需求和命令流程、熟悉衛星軌道與載荷狀態約束的條件。
強國之夢
劉振興指出，雙星計劃的兩顆小衛星相配合，形成了有特色的雙星星座計劃，其主要優勢是適于探測磁層空間暴。同時，雙星上主要的探測儀器都是目前國際上最先進的儀器。雙星計劃的科學目標聚焦在磁層中當前國際上最具有挑戰性的重大科學問題︰磁層亞暴、磁暴和磁層粒子暴的觸發機制和物理模式。
最後，劉振興向記者表示，我國是一個空間大國，但還不是一個空間強國，因而雙星計劃的實施有其深遠意義。它將推動我國空間探測技術的跨越式發展，提高我國空間物理研究和空間環境預報的創新能力；為保障我國航天活動和空間軍事活動的安全運行，提供科學數據、科學依據和對策。同時，可提高我國與歐空局空間合作的規模和開拓合作範圍，這對打破國際上單極壟斷的局面，具有重要戰略性意義。雙星計劃與“亞太合作小衛星計劃”和地面“子午鏈工程”相配合，形成我國的星-地聯合觀測系統。這對我國的空間物理和空間環境研究及預報將起重要的推動作用。
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文章作者:劉振興
責任編輯:skylook
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