子午工程高效運行1年回眸——“觀天巨網(wǎng)”給空間環(huán)境做CT

點擊“國家空間科學(xué)中心”關(guān)注我們吧

空間環(huán)境是繼陸地、海洋、大氣之后，與人類生存發(fā)展息息相關(guān)的“第四環(huán)境”。在這片無形疆域中，從探索未知、保障安全，到賦能經(jīng)濟，都必須擁有一張自主可控的“觀天巨網(wǎng)”。2025年，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測網(wǎng)（子午工程二期）全面建成。運行一年來，子午工程在太陽風暴起源、地球空間環(huán)境區(qū)域特征和響應(yīng)等科學(xué)前沿取得了系列原創(chuàng)成果，有力保障了載人航天等國家重大任務(wù)，并成功發(fā)起國際子午圈大科學(xué)計劃，為“十五五”時期加快實現(xiàn)空間天氣領(lǐng)域的高水平科技自立自強創(chuàng)設(shè)了高起點。

1.從中國觀天網(wǎng)到“國際子午圈”

空間環(huán)境監(jiān)測已成為當代社會發(fā)展和安全保障的迫切需求。1957年太空時代開啟以來，空間成為科學(xué)研究向“四極”（極宏觀、極微觀、極端條件、極綜合交叉）挺進的天然實驗室。地球空間更是航天、通信、導(dǎo)航等高技術(shù)活動，以及空間開發(fā)利用的主要區(qū)域，是與人類生存和發(fā)展息息相關(guān)的“第四環(huán)境”。

受太陽活動影響，地球空間環(huán)境會產(chǎn)生突發(fā)、頻繁的劇烈變化，甚至引發(fā)非傳統(tǒng)的自然災(zāi)害，稱之為空間天氣。災(zāi)害性空間天氣嚴重威脅太空資產(chǎn)安全、影響電網(wǎng)等重大基礎(chǔ)設(shè)施運行。開啟星際探測新征程，科學(xué)探索和應(yīng)用需求的驅(qū)動使得空間環(huán)境監(jiān)測愈來愈像天氣預(yù)報一樣不可或缺。我國對發(fā)展自主可控的空間環(huán)境能力高度重視，要求合理開發(fā)、利用空間資源，保護空間環(huán)境，推動航天事業(yè)造福全人類。子午工程正是積極回應(yīng)這一國家戰(zhàn)略需求的大國重器。

子午工程命名寓意深遠——子午二字，既蘊含中國古代的天文和地理觀，也承載當代科技工作者的科技強國夢想。子既代表正北方，同時也指一天中的午夜；午則代表正南方和正午時分。子午線用于指代連接地球南北兩極的經(jīng)線，地球的磁力線大致與經(jīng)線平行，空間天氣事件一般都沿磁力線從極區(qū)高緯向中低緯傳播和演化。子午工程的構(gòu)想，始于上世紀90年代魏奉思院士、王水院士、肖佐教授等老一輩空間科學(xué)家的科學(xué)原創(chuàng)。歷經(jīng)三十余年，凝聚多部委、十余家單位、近千名科技工作者堅持全國一盤棋協(xié)同攻關(guān)，終將子午工程由夢想變?yōu)楝F(xiàn)實。子午工程這一網(wǎng)絡(luò)式大科學(xué)工程巧妙利用地球自轉(zhuǎn)，通過沿子午線布局的臺站，對空間環(huán)境進行全天候掃描觀測，堪稱給地球空間環(huán)境做CT。

我國領(lǐng)跑世界空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測——子午工程歷經(jīng)兩期建設(shè)，形成了沿東經(jīng)100°+120°，北緯40°+30°兩縱兩橫式布局的31個臺站、282臺套監(jiān)測設(shè)備的日地空間綜合監(jiān)測體系，其“一鏈、三網(wǎng)、四聚焦”的創(chuàng)新架構(gòu)，具備對日地空間進行端對端的連續(xù)監(jiān)測和對地球空間環(huán)境的多圈層立體探測能力，有望引領(lǐng)太陽活動—日地傳輸—對地影響的全過程研究。2012年，子午工程一期建成，實現(xiàn)了我國地基空間環(huán)境監(jiān)測“從無到有”的跨越發(fā)展。2025年，子午工程二期通過國家驗收，成為當今國際上覆蓋范圍最廣、監(jiān)測要素最全、綜合能力最強的空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測網(wǎng)，實現(xiàn)了“從有到強”的又一次跨越。

子午工程的自主創(chuàng)新是高水平科技自立自強的新時代樣本——子午工程二期的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備的國產(chǎn)化率達90%，多項大型監(jiān)測設(shè)施性能領(lǐng)先全球。其中包括全球規(guī)模最大的圓環(huán)陣太陽射電成像望遠鏡、信號靈敏度比同類設(shè)備高100～200倍的國際首臺全季節(jié)觀測陣列式大口徑激光雷達、全球探測能力最強的三站式非相干散射雷達、太陽風三維結(jié)構(gòu)反演能力國際領(lǐng)先的我國首臺行星際閃爍監(jiān)測望遠鏡等。這些核心設(shè)備為科研人員在子午工程運行期間持續(xù)取得原創(chuàng)突破奠定了堅實的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。

基于子午工程的成功實踐，我國于2025年6月與國際合作伙伴共同發(fā)起國際子午圈大科學(xué)計劃。該計劃以東經(jīng)120°+西經(jīng)60°子午圈為主線，旨在構(gòu)建環(huán)繞地球的完整地基監(jiān)測鏈，并增設(shè)東經(jīng)30°歐非鏈，有效填補了非洲監(jiān)測空白。目前，已與全球50余家國際機構(gòu)達成合作意向。這個大科學(xué)計劃將大幅提升我國在國際空間科學(xué)領(lǐng)域的影響力，更為應(yīng)對全球性的空間天氣挑戰(zhàn)貢獻中國方案。

2.取得一系列空間環(huán)境重大成果

毋庸諱言，歷經(jīng)“從無到有”到“從有到強”，子午工程的建設(shè)充滿挑戰(zhàn)與風險。科研團隊秉持“邊建設(shè)、邊運行、邊產(chǎn)出”的理念，子午工程如今已跨入多出成果、出好成果的快速發(fā)展階段，成果數(shù)量與質(zhì)量顯著提升。科研團隊利用子午工程監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)并命名了“太空臺風”現(xiàn)象，2021年入選《自然》研究亮點。2024年團隊進一步分析了“太空臺風”在地球南半球的發(fā)生規(guī)律，成功入選美國地球物理學(xué)會會刊的研究亮點。2025年，基于子午工程監(jiān)測數(shù)據(jù)在國內(nèi)外權(quán)威學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文147篇，較2024年增長46%，封面文章、亮點成果數(shù)量均超過兩位數(shù)。

一系列原創(chuàng)發(fā)現(xiàn)從這里誕生：首次發(fā)現(xiàn)并命名了一種新型太陽射電暴頻譜精細結(jié)構(gòu)“珠狀條鏈”，為日冕參數(shù)診斷提供了新方法，入選《中國科學(xué)》研究亮點。首次清晰刻畫了2024年5月特大地磁暴期間從磁層能量注入、熱層成分變化到電離層極端響應(yīng)的完整因果鏈條，為理解極端空間天氣事件下的電離層物理機制提供了關(guān)鍵觀測證據(jù)，為空間天氣模型優(yōu)化提供了關(guān)鍵約束，相關(guān)成果發(fā)表于《國家科學(xué)評論》。以自主研制的高性能鈣離子激光雷達為核心，在漠河、海南構(gòu)建多設(shè)備協(xié)同觀測網(wǎng)絡(luò)，在電離層金屬離子示蹤與動力學(xué)研究領(lǐng)域取得系列突破性原創(chuàng)發(fā)現(xiàn)，被國際同行引用于相關(guān)輸運模型及不規(guī)則體生成機制驗證。雙子極光雷達網(wǎng)實現(xiàn)覆蓋北緯40°~80°往北縱深超4000公里，東西跨度超10000公里的亞洲中高緯度電離層環(huán)境的連續(xù)監(jiān)測，深刻揭示了地球中緯度電離層擾動的關(guān)鍵機制。

這些成果，聚焦子午工程的三大科學(xué)目標——監(jiān)測日地傳輸過程、揭示區(qū)域環(huán)境特征、研究圈層耦合機制，彰顯了我國科研團隊勇闖無人區(qū)的科研自信與原創(chuàng)能力。

3.強力支撐航空航天、教育和經(jīng)濟發(fā)展

子午工程的效益還直接體現(xiàn)在對國家重大任務(wù)和經(jīng)濟社會發(fā)展的強力支撐上。

在航天安全保障方面，依托子午工程等的自主監(jiān)測數(shù)據(jù)，構(gòu)建了提前1天~7天的電離層預(yù)報模式，為太陽活動高年期間，提升北斗導(dǎo)航定位精度給予了有力支撐，確保2025年4月~12月連續(xù)多次太空發(fā)射任務(wù)“零失誤”圓滿成功。在深空探測領(lǐng)域，基于三站式非相干散射雷達和“中國天眼”等開展的地月空間聯(lián)合探測，成功獲得月球南極地區(qū)圓極化比雷達回波圖像，并結(jié)合多源數(shù)據(jù)估算出月球南極地區(qū)水冰含量上限及其潛在分布，為我國探月工程四期月球南極探測和未來載人登月任務(wù)提供了重要的科學(xué)依據(jù)。

子午工程的效益正向更廣闊的經(jīng)濟社會領(lǐng)域延伸。它不僅是頂尖的科研設(shè)施，也是一體推進教育科技人才發(fā)展的國家級平臺，為高校提供了離科學(xué)最近、與大師同臺的教學(xué)基地。子午工程的綜合監(jiān)測臺站、大型監(jiān)測設(shè)備成為高校本科、研究生教學(xué)的“田野課堂”和選題寶藏，是支撐星際航行學(xué)院、未來技術(shù)學(xué)院等教育部新工科建設(shè)的國家級跨學(xué)科育人基地。子午工程積累的海量數(shù)據(jù)，正成為驅(qū)動人工智能變革空間科學(xué)研究范式的關(guān)鍵引擎與最佳試驗場。國際子午圈大科學(xué)計劃是海外人才回流的“吸金石”，為優(yōu)秀人才培養(yǎng)和引進提供了平臺。子午工程的科普與產(chǎn)業(yè)帶動價值日益凸顯，將繼續(xù)助力所在省市科技基礎(chǔ)能力的提升。

隨著地磁北極的漂移，我國的地磁緯度越來越高，至下一個太陽活動周峰年，即2036年前后，北極光將不再是北極圈的限定款浪漫。那時，不僅在漠河，在新疆、內(nèi)蒙古乃至北京郊區(qū)等更多地方將更容易看到極光。子午工程的監(jiān)測預(yù)報能力，正在切實助力各地發(fā)掘、培育包括“中緯度極光旅游”等在內(nèi)的新業(yè)態(tài)，讓越來越多的人有機會“觀天”“追光”。圍繞子午工程的明星旗艦設(shè)備和特色觀測陣地，四川、內(nèi)蒙古等的有關(guān)地市正在規(guī)劃科研、科普與研學(xué)深度融合的示范區(qū)和文旅新增長極，為當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展注入實實在在的新動能。

4.以空間科技驅(qū)動未來發(fā)展

2025年3月，子午工程二期通過國家驗收，高效運行一年來，科研團隊以堅實的創(chuàng)新成果與不斷提升的科技實力，為加快搶占空間科技制高點作出了標志性貢獻。

子午工程二期驗收一周年，正值“十五五”征程開啟之際。展望未來，子午工程長達15年的科學(xué)壽命將覆蓋第25、26太陽活動周，國際子午圈大科學(xué)計劃也將持續(xù)拓展。我們清醒地認識到，子午工程的運營仍有巨大的提質(zhì)增效空間。作為國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，它肩負的不僅是持續(xù)產(chǎn)出高水平科學(xué)數(shù)據(jù)與成果的科研使命，更承載著將空間科技突破轉(zhuǎn)化為驅(qū)動高質(zhì)量發(fā)展、服務(wù)人類命運共同體的時代重任——這正是大國重器在新時代的核心擔當。

子午工程利用地基監(jiān)測日地空間環(huán)境

全球規(guī)模最大的圓環(huán)陣太陽射電成像望遠鏡

北京懷柔的子午工程綜合信息與運控中心

行星際閃爍監(jiān)測望遠鏡

【鏈接】

子午工程是中國空間科學(xué)領(lǐng)域首個國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，一期工程2008年開工建設(shè)，2012年正式運行，沿東經(jīng)120°、北緯30°，建成一縱一橫、15個綜合性臺站、87臺套監(jiān)測設(shè)備。在了解我國120°子午鏈近地空間環(huán)境特征、空間天氣擾動傳播和演化等方面取得了系列原創(chuàng)成果。

子午工程二期2019年開工建設(shè)，新增16個臺站、58個觀測點、195臺套監(jiān)測設(shè)備，與一期工程協(xié)同，沿東經(jīng)100°、北緯40°形成覆蓋全國的兩縱兩橫“井”字形地基空間環(huán)境綜合監(jiān)測網(wǎng)，覆蓋范圍更廣、探測高度更高、監(jiān)測能力更強。

（作者：王赤，系子午工程總指揮、中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心主任）

(本報記者崔興毅整理)

來源：《光明日報》2026-03-19 第16版

歡迎關(guān)注我們，轉(zhuǎn)載授權(quán)、投稿事宜請
在文后留言，小編會盡快處理