子午工程（1997年中國科學(xué)院建設(shè)的工程）

立項背景

中國已有15個空間環(huán)境監(jiān)測臺站的分布

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)展和改革委員會先后批復(fù)子午工程項目建議書、可行性研究報告和初步設(shè)計，將子午工程列入國家“十一五”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項目。

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)計超過11年。

項目建設(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)任項目建設(shè)工程經(jīng)理部總經(jīng)理兼項目建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室主任，王赤副主任擔(dān)任項目建設(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)測網(wǎng)(即“子午工程”二期)位于內(nèi)蒙古的四子王旗臺站正式開工建設(shè)，預(yù)計于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個監(jiān)測臺站，建成一個以鏈為主、鏈網(wǎng)結(jié)合的，綜合運用地磁（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，以及十幾個地球半徑以外的行星際空間環(huán)境中的地磁場、電場、中高層大氣的風(fēng)場、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)合運作的大型空間環(huán)境地基監(jiān)測系統(tǒng)。^[1]

監(jiān)測內(nèi)容

子午工程臺站主要監(jiān)測設(shè)備分布圖

1、地表：地磁場、電場、宇宙線強度；

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

3、電離層：電子和離子的濃度、溫度、運動、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

子午工程涉及了非相干散射雷達技術(shù)、高頻相干雷達技術(shù)、中高層大氣激光雷達技術(shù)、行星際閃爍探測技術(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130°）、功能最全、綜合性最高的子午監(jiān)測鏈，為世界僅有，可進行其它國家和地區(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”計劃（主要觀測磁層）、有關(guān)應(yīng)用衛(wèi)星的搭載等天基空間探測系統(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)報方法，為做出有重要原創(chuàng)性的科學(xué)成果提供監(jiān)測基礎(chǔ)。

子午工程的工程目標(biāo)是建設(shè)與國際接軌、具有世界先進水平的東經(jīng)120°附近空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測子午鏈。它包括非相干散射雷達、激光雷達、全天空氣輝成像儀和探空火箭等大型先進科學(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)測子午圈，來監(jiān)測地球空間環(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)報能力和服務(wù)水平做出重要貢獻。

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)測分系統(tǒng)構(gòu)成，用于監(jiān)測中國境內(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)管理的計算機系統(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站到主干網(wǎng)的子午工程專用的子網(wǎng)，是一個面向用戶的、可實現(xiàn)國際數(shù)據(jù)交換的科學(xué)支撐平臺。

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

發(fā)射記錄

子午工程首枚氣象火箭

此次發(fā)射的氣象火箭其運載部分為中國航天科技集團公司所屬航天動力技術(shù)研究院定性產(chǎn)品天鷹4號A型運載火箭。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先進技術(shù)使探測數(shù)據(jù)的精度有了顯著提高。

2011年5月7日7時，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項目東半球空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測子午鏈（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)射場成功發(fā)射。這一試驗的成功將為我國自主監(jiān)測空間環(huán)境、保障空間活動安全發(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)測方面快速步入有重要國際影響的先進國家之列，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算的。子午工程完成后，對于充分發(fā)揮中國地域優(yōu)勢，獲取氣球和衛(wèi)星都無力探測的低電離層、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)律并進行預(yù)報，都有極其重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。

建設(shè)進程

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)測網(wǎng)（子午工程二期），正在進行緊張的設(shè)備安裝，預(yù)計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鏡在甘孜州稻城縣主體完工，將對太陽活動進行監(jiān)測，為能源、通訊等基礎(chǔ)實施的安全運行提供預(yù)警和保障。^[4]