空間天氣國家重點實驗室：做中國空間天氣研究的「排頭兵」
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在中國科學院國家空間科學中心，有這麼一個實驗室。
它是國際上第一個空間天氣學實驗室，也是我國空間天氣領域第一個對外開放的實驗室。
它牽頭提出並實施我國第一個空間科學探測衛星計劃——「雙星計劃」，開創了我國空間科學衛星探測新紀元。
它牽頭提出並建設地基空間天氣探測基礎設施——子午工程，邁出了我國空間環境綜合監測體系建設歷史上的第一步。
這個屢屢走在國際國內發展前沿的實驗室，就是空間天氣學國家重點實驗室。
空間天氣研究開闢者
上世紀90年代後期，人們認識到，太陽活動的巨大能量和物質拋向地球，會引起空間環境發生災害性變化，對人類的高技術活動構成越來越嚴重的威脅。隨後，「空間天氣」迅速成為國際科技活動的熱點和重大前沿領域之一。
在這樣的趨勢下，1993年，空間中心成立了中國科學院日球物理數值開放研究實驗室，並於1994年12月5日批准正式對外開放。
隨著中科院知識創新工程的推進，1999年，空間中心經過對空間物理相關分支學科的整合，組建了中國科學院空間天氣學開放研究實驗室，進入中國科學院知識創新工程試點重點實驗室的行列。這一實驗室不僅成為國際上第一個空間天氣學實驗室，也成為我國空間天氣領域第一個對外開放的實驗室。
「在1999年整合成為院重點實驗室之前，整個空間中心在空間物理研究方面，按照物理架構分成了幾個實驗室，分別對行星際、磁層、電離層、中高層大氣等開展研究。」如今的空間天氣學國家重點實驗室副主任徐寄遙回憶。
1999年的這次整合，對於當時像徐寄遙一樣的年輕科研人員來說，是變化，更是機遇。「
最初，由於分成了幾個實驗室，各個實驗室的人雖然都在同一樓層工作，但交流得非常少。」徐寄遙說，整合起來後，交流增加了，實驗室的科研方向也逐漸顯示出學科交叉的特點。
在這種環境下，實驗室的年輕人開始有意識地充實自身在行星際、磁層、電離層方面的知識。
當時的做法，即便是在國際上也不多見。「這是蠻超前的一件事情，實驗室整合之後，國際上才逐漸出現交叉融合研究空間天氣的潮流。」徐寄遙說。
實驗室開拓了空間天氣探測和研究的新領域，成為國際上第一個以空間天氣命名的研究機構，形成了「探測—建模—研究」的具有國際水準的創新團隊，研發的基於物理的空間天氣預報模型站在了國際前列。
2001年，中國科學院空間天氣學開放研究實驗室更名為中國科學院空間天氣學重點實驗室；2005年，經科技部批准，進一步組建了空間天氣學國家重點實驗室。實驗室是我國空間天氣領域具有國際競爭實力、為推動我國空間天氣事業發展具有重要領頭作用的一個優秀的研究集體。
重大基礎設施建設者
2003年和2004年，「雙星計劃」探測1號和探測2號的發射牽動著全國空間科學研究人員的心，因為它們的成功，將讓中國空間科學衛星告別空白。
早在1997年，時任歐洲空間局副局長羅格·博奈就曾帶著歐空局科學家們來到空間中心考察。借著這次機會，中國科學家向他們分享了有關「雙星計劃」的初步設想。「雙星計劃」全稱「地球空間雙星探測計劃」，其通過研究太陽活動、行星際擾動觸發磁層空間暴和災害性地球空間天氣的物理過程，為空間活動安全以及維護人類生存環境提供科學數據。
聽完中國科學家分享，歐空局當場提出參加「雙星計劃」的意願。此後，「雙星計劃」與歐空局「星簇計劃」的4顆衛星密切配合，首次形成了人類歷史上地球空間的「六點探測」。
2002年10月，「雙星計劃」通過國務院正式批准立項，由空間天氣學國家重點實驗室的前身——中國科學院空間天氣學重點實驗室牽頭，實驗室成員、中國科學院院士劉振興任首席科學家。
2005年4月，「雙星計劃」的第二顆星探測2號正式交付，「雙星計劃」圓滿走完了從立項、研製、在軌測試等一系列流程，正式投入使用。
這一項目成為中國第一個以科學為目標牽引立項的衛星計劃，也成為中國第一個與航天先進國家或地區合作的重大國際項目。
繼「雙星計劃」之後，實驗室與歐洲等國的科學家團隊共同提出了太陽風—磁層相互作用全景成像衛星（SMILE）計劃，實驗室主任王赤任SMILE計劃的中方首席科學家。該計劃於2016年正式立項，擬於2023年發射，其將實現人類歷史上首次對影響整個空間天氣鏈條的太陽風—磁層相互作用過程的整體成像，並有望開創深度國際合作的一個新模式和典範。
自成立以來，實驗室就以空間災害性天氣及其對人類的影響為主要研究方向，重點開展日地系統的空間天氣基本過程及其規律的探測和研究，空間災害性天氣因果鏈模式和預報方法研究，並發展空間天氣探測的新概念、新原理、新方法等。
要實現這一目標，當然不能僅靠以衛星為載體的天基探測設施。為了充實我國空間天氣地基探測力量，實驗室成員、中國科學院院士魏奉思提出了建設「東半球空間環境地基綜合監測子午鏈」（子午工程）的想法。
此後，子午工程成為我國空間科學領域第一個國家重大科技基礎設施項目。這一項目利用沿東半球東經120度子午線附近和北緯30度附近的15個綜合性觀測台站，連續監測我國上空空間環境要素。
隨著子午工程的建設和實施，我國邁出了空間環境綜合監測體系建設歷史上的第一步。
2012年，子午工程一期完成建設並投入運行，為開展空間天氣研究和保障我國重大航天活動提供了自主空間環境要素的數據支撐。在子午工程一期常規監測鏈的基礎上，子午工程二期主要建設由相控陣非相干散射雷達等組成的先進探測系統，形成覆蓋全國的「兩橫兩縱」地基監測網。
徐寄遙介紹，二期工程將在今年年底或明年年初開工建設，子午工程二期完成後，我國將形成地基空間環境監測系統的骨幹網。
以子午工程為基礎，實驗室正在牽頭推動「國際空間天氣子午圈計劃」，並得到了相關國際組織和科學家的廣泛響應，成為美國《太陽與空間物理十年發展規劃》中兩個重要的國際合作項目之一。為了更好地推動國際合作，實驗室還與巴西共建了中巴空間天氣聯合實驗室，成為國家重點實驗室走出國門的又一個里程碑。
科研自主創新踐行者
如今，科研人員的隊伍正逐漸壯大起來。圍繞實驗室的主要研究方向，實驗室由太陽日冕組、行星際組、磁層組、電離層組、中高層大氣組、地基探測組、天基探測組、預報模式組、太陽系探測組9個課題組（創新團組）構成。
實驗室擁有固定人員82人，其中中科院院士1名，研究員21名，「千人計劃」和「青年千人計劃」入選者2人，國家「傑青」3人，「百人計劃」入選者4人，並擁有科技部重點領域創新團隊、基金委創新研究群體和中科院科技創新交叉與合作團隊。
更重要的是，隨著天基、地基監測系統源源不斷地往實驗室里傳輸著數據，實驗室的科研成果和影響力得到了迅速提升。
過去5年，實驗室科研人員發表在空間天氣學領域最有影響力的專業期刊之一——《地球物理學研究雜誌》（JGR）上的文章數，排在國際同類實驗室中的第二；實驗室持續牽頭開展國防科工局、國家自然科學基金委、中科院等有關空間物理與空間天氣戰略研究，相關戰略發展的建議還得到了中央領導的批示。
這一切，對於徐寄遙和許多像他一樣、見證過實驗室成長的人來說，是莫大的幸福。
上世紀80年代，徐寄遙還是空間中心的一名研究生，那時，他們的科研數據全部是從國外「求」來的。
「那時候，我們需要數據就得寫信去美國，美國的科學家收到信之後會寄一大箱磁碟過來，我們把磁碟里的數據導出來，再把磁碟寄回去。」徐寄遙回憶。
後來，到了90年代，磁碟變成了光碟，存儲的數據量多了起來。再後來，互聯網的普及讓數據的傳輸更為方便。但是，徐寄遙等科研人員的心裡還是有一處深深的痛——中國沒有自己的數據。
「雙星計劃」、子午工程的成功為他們帶來了好消息。對於他們來說，實驗室牽頭的這些大項目，不只是帶有「國際第一」「國內第一」名號的大工程，更是中國擁有自主研究能力的標誌，意味著像他們一樣的中國空間天氣學科研人員，終於可以從被動「要數據」「等數據」走向主動「采數據」「用數據」。
「現在，依託實驗室，我們可以發展自主的探測設備，按照自己的科研意願研製設備、採集數據，慢慢地我國空間天氣研究進入了良性循環的軌道。」徐寄遙說。
如今，實驗室的辦公用房面積達4000餘平方米，擁有百萬億次的集群式和內存共享架構的高性能計算設備、「雙星—星簇」計劃和子午工程數據中心、海南空間天氣國家野外科學觀測站、北方觀測站（延慶和河北興隆）、中高層大氣光學監測網、空間電磁場擾動測量測試平台、輻射測試定標平台等。這樣的科研平台，是一代代科研人員經歷了不懈努力後取得的成果，也終將助力空間天氣學國家重點實驗室帶領我國空間天氣的科研隊伍，邁向更璀璨的未來。
文章來源：《科學新聞》雜誌
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