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刘振兴：打造中国的“双子星座”
（2005年03月12日 13:27:07）
来源：《科学时报》
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□作者: 刘振兴
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——访“地球空间双星探测计划”首席科学家刘振兴院士
刘振兴 |
我国第一个空间科学探测计划——“地球空间双星探测计划”(简称双星计划)已进入最为关键的阶段。作为由我国科学家首先提出，国际上先进空间机构参与合作，并由我国牵头组织实施的大型空间探测计划，项目启动近两年来所取得的一系列进展，以及整个工程计划的未来走势一直为人们所关注。这项科学探测活动的创新特色是什么，它需要达到什么样的科学目标，其意义何在，日前，双星计划的首席科学家、中国科学院院士刘振兴就相关问题接受了记者的采访。
双星共舞
双星计划实际上是一项空间物理探测计划。空间物理和空间环境探测对空间知识创新、探测技术创新及空间物理研究和空间天气预报的创新起着至关重要的作用。我国在空间运载技术方面已经进入了国际先进行列，但在空间探测技术方面与空间研究发达国家相比还有较大差距。因此，当刘振兴及相关科学家在1997年提出“双星计划”后，立即得到了学术界以及国家有关部门的高度重视，并且受到国际空间界的关注和响应。
双星计划何以受到如此礼遇，刘振兴认为，这与其深远的科学意义是密不可分的。
人类生活的地球空间包括地球磁层、电离层和中高层大气。在空间时代，它已成为人类在空间进行各类科学实验，开发利用空间以及从事空间军事进攻防御的主要活动区域。地球空间是一个各层次紧密联系的复杂耦合系统，直接受太阳活动、行星际扰动和人为活动的影响，经常发生一些爆发性事件，即所谓的地球空间暴。这些地球空间暴可引起地球空间环境的剧烈变化，对人类生存环境造成显著影响。因而，国际上各空间研究发达国家一直对地球空间环境及其变化特性的探测和研究给予高度重视。
地球空间暴多空间层次和多时空尺度相互作用的研究是目前日地空间物理学集中研究的重大前沿领域之一。但由于卫星观测手段的限制，缺乏多尺度和多层次的观测数据，地球空间暴之谜迄今未能解开。此外，多尺度相互作用的理论难题也是研究地球空间暴的巨大障碍。
几十年来，日地空间探测一直在不断发展。20世纪90年代的国际日地物理计划(ISTP)是日地空间物理探测的一次飞跃。该计划通过国际合作，将日地系统作为一个统一的整体进行多颗卫星的协同探测。这其中就包括欧空局的CkusterⅡ计划所发射的4颗卫星。但由于已发射的ISTP卫星的远地点都很高，探测不到近磁层地球空间暴的主要活动区，致使ISTP在地球空间的研究中未能达到预期目标。
我国的双星计划正是根据ISTP卫星在空间分布存在的局限性和目前存在的重大科学问题以及国家重要需求提出来的。双星计划包括的两颗小卫星运行于ISTP卫星不能覆盖的两个磁层重要活动区：一是近地赤道活动区；一是近地极区活动区，这两个区域正是磁层空间暴的发生区。这两颗小卫星相互配合，构成具有独立系统的并有显著特色的双星探测计划。
刘振兴指出，双星计划是我国以自己提出的探测计划牵头开展的国际合作重大科学探测项目。双星计划与欧空局的CkusterⅡ的4颗卫星相配合，在人类历史上第一次进行地球空间“六点探测”，开创了地球空间天气多层次和多时空尺度研究新阶段。通过建立双星计划科学应用分系统，将能够取得可靠的科学数据和便于科学研究的数据产品；系统分析双星和CkusterⅡ的探测数据，揭示近地磁层重要活动区场和粒子时空变化的新现象；深入研究地球空间暴的多空间层次和多时空尺度的驱动和触发机理；建立地球空间暴的理论模型和预报模型；培养高水平的年轻科技队伍，提高科研创新能力，在地球空间暴领域取得突破性进展。
双重任务
双星计划包括一颗赤道星和一颗极轨星，将分别于2003年底和2004年中发射。
刘振兴告诉记者，为了保证卫星顺利升空，在过去的近两年时间里，中国科学院空间中心等单位的科研人员承担了数据应用和星上部分设备研制的双重任务。科研人员进行了中方负责的5种空间物理探测仪器的研制工作，完成了重要的技术攻关和技术验证试验，高水平地开展了与欧空局提供的载荷的技术协调工作；研制的6种公用设备负担着处理各种载荷的数据接口的工作，在与欧洲载荷的电联调验证试验中，做到了一次试验成功，不但中方的设备没有出现问题，还发现和暴露了对方设备和技术指标中的几个疑点问题并且进行了归零；研制的地面综合电测设备，在国内首次采用了程序化的自动测试方案，并应用在与欧空局提供的载荷的联试中，获得了圆满的成功；同时研究人员还进行了大量的预研，特别着重学习CLUSTERⅡ科学运行的经验，编制了科学实验大纲和长期运行计划(MSP)作为科学运行的指导，并在此基础上深入研究业务运行期间的科学探测要求以及如何实现的问题。
应用系统与有效载荷在2003年将完成国内有效载荷的正样研制工作，交付卫星总体准备发射，对欧空局设备交付进行质量把关和联调试验工作，完成应用系统的地面联试试验以及在轨测试和业务运行的准备工作，包括地面站设备与Vikkafranca地面站的联调，科学探测大纲的进一步完善、长期科学运行计划、短期科学运行计划更改需求和命令流程、熟悉卫星轨道与载荷状态约束的条件。
强国之梦
刘振兴指出，双星计划的两颗小卫星相配合，形成了有特色的双星星座计划，其主要优势是适于探测磁层空间暴。同时，双星上主要的探测仪器都是目前国际上最先进的仪器。双星计划的科学目标聚焦在磁层中当前国际上最具有挑战性的重大科学问题：磁层亚暴、磁暴和磁层粒子暴的触发机制和物理模式。
最后，刘振兴向记者表示，我国是一个空间大国，但还不是一个空间强国，因而双星计划的实施有其深远意义。它将推动我国空间探测技术的跨越式发展，提高我国空间物理研究和空间环境预报的创新能力；为保障我国航天活动和空间军事活动的安全运行，提供科学数据、科学依据和对策。同时，可提高我国与欧空局空间合作的规模和开拓合作范围，这对打破国际上单极垄断的局面，具有重要战略性意义。双星计划与“亚太合作小卫星计划”和地面“子午链工程”相配合，形成我国的星-地联合观测系统。这对我国的空间物理和空间环境研究及预报将起重要的推动作用。
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文章作者:刘振兴
责任编辑:skylook
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