中国地球空间双星探测计划成果综述

中国教育装备采购网2011-12-12 11:18围观136次我要分享

  空间探测里程碑

  “尽管双星计划数据采集早就结束了,但这些数据今天依然进行在空间科学研究,以及与其他探测数据配合研究方面发挥着重要作用。”中国科学院国家空间科学中心研究员史建魁对《科学时报》记者说。

  为发展我国空间探测,1997年初,中科院院士、空间物理学家刘振兴提出地球空间双星探测计划(简称双星计划)。这是我国第一个由科学目标牵引的空间科学卫星计划。其主要科学目标是研究当前地球空间最具挑战性的科学问题——磁层空间暴驱动和触发机制的全球多时空尺度物理过程。

  该计划提出后,立即引起了国际空间界的关注和响应,欧空局主动提出与中国双星计划进行合作。1997年11月,中国科学院空间科学与应用研究中心(现为中国科学院国家空间科学中心)与欧州航天局签署了双星计划合作协议。经过多方努力,2000年12月,国务院正式批准双星探测计划。2001年7月9日,中欧签署合作协议刘振兴任双星计划首席科学家。

  15年后,刘振兴回忆起当初萌生双星计划的初衷时已语气平淡。

  “主要是当时有科学需求。”刘振兴对《科学时报》记者说,“当时我国和欧洲科学家都有在这一领域进行探测的科研需求,所以我提出这样一个想法后,欧洲空间局非常赞同。”

  “针对当时国际上空间探测的薄弱区域,刘院士有针对性地提出了双星计划两颗卫星的运行轨道。”史建魁补充说,“双星计划由两颗卫星组成,分别运行于赤道面和极轨面上,呈大椭圆轨道。大椭圆轨道卫星在远地点飞行速度慢、停留时间长,高效率覆盖了赤道区和极区这两个最重要空间区域。”

  同时,中国双星计划与欧空局星簇卫星(包括四颗卫星)相配合,在人类历史上第一次形成地球空间的六点协调探测,成为国际上非常引人注目的空间探测计划。

  2003年12月30日,双星计划的赤道卫星(TC1)首先成功发射。次年7月,极区卫星(TC2)相继也发射成功。双星计划的实施,对提高我国空间物理研究和空间天气预报的创新能力,提高我国在国际空间界的地位起到了重要的作用,已经成为21世纪初国际上重要的空间探测计划。

  赤道星原计划运行1年零6个月,结果连续运行了3年零10个月;极轨星原计划运行1年,结果运行了4年零3个月。双星计划的两颗卫星上共有16台科学探测仪器,中方8台,欧方7台,双方合作研制1台,共获取了500GB以上的科学探测数据。

  “因为卫星的运行轨道经过辐射带,卫星元件很容易被空间高能粒子损坏,所以开始设计的双星计划的两颗卫星运行寿命分别为1年半和1年。因为防护和补救措施得当,它们的服役时间都大大延长。”史建魁说。

  双星数据仍发挥作用

  “双星计划停止运行后,主要工作是利用双星的数据继续开展研究。”史建魁说,“双星采集到的数据经过处理,生成科学数据产品,共享给科学用户,其中有专门利用这些数据进行的研究,也有利用这些数据和其他卫星以及地面观测数据配合进行的研究,揭示或验证某些科学问题,包括和其他卫星探测结果的对比分析。”

  到目前为止,科学用户向中国数据中心访问总数达300多万次,平均每天访问1700多次。双星计划取得了多项重大的科学和技术成果。

  研究人员以双星计划和Cluster大量科学探测数据分析为基础,首次提出各种重要的新概念、新理论、新规律和新的空间天气现象达十多项,并用实测数据验证了诸多相关理论。

  据不完全统计,至2011年5月底,使用双星或双星-Cluster联合观测数据已发表的研究论文超过150篇,其中SCI论文140多篇。发表的论文被引用500多次。

  同时,该计划实现了我国空间探测有效载荷技术的突破,对地球空间开展了磁场、电磁波和宽能谱粒子以及中性原子成像的全面系统探测;实现了我国科学卫星应用系统技术的突破,建立了高效的、服务于跨国科学团队的科学运行和科学数据中心;建立了高效的跨国多站的数据接收、数据处理和快速分发的科学数据系统。通过双星计划的国际合作,也促进了我国卫星平台技术的跨越发展。

  在双星计划研制过程中,获授权的发明专利7项、实用新型专利7项;双星有效载荷和应用系统的计算机软件著作权登记证书共40项。双星计划卫星平台和有效载荷在研制过程中所取得的一些技术成果,已经被推广应用到嫦娥探月工程、荧火等计划之中。

  2008年4月,欧空局科学项目部主任D. Southwood 教授说:“双星计划是一个非常成功的空间计划。”在双星和Cluster多点探测的带动下,美国、欧洲和日本都提出了新的多点探测计划,中国也提出了具有重要国际影响的夸父计划。

  2010年,双星-Cluster团队共同获得了国际宇航科学院集体成就奖,双星计划还获得了2010年中国国家科学技术进步奖一等奖。

来源:科学时报

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