子午工程（1997年中國科學(xué)院建設的工程）

立項背景

中國已有15個(gè)空間環(huán)境監測臺站的分布

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子午工程的建議。

1997年6月，國家科技教育領(lǐng)導小組會(huì )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(huì )先后批復子午工程項目建議書(shū)、可行性研究報告和初步設計，將子午工程列入國家“十一五”重大科技基礎設施項目。

2008年1月5日，子午工程正式開(kāi)工建設，工程總投資1.672億元，建設期為2008年1月——2011年1月，工期3年，整體科學(xué)壽命預計超過(guò)11年。

項目建設領(lǐng)導小組組長(cháng)為中國科學(xué)院副院長(cháng)曹健林，吳季主任擔任項目建設工程經(jīng)理部總經(jīng)理兼項目建設領(lǐng)導小組辦公室主任，王赤副主任擔任項目建設工程經(jīng)理部副總經(jīng)理兼總工程師。

2021年6月23日，空間環(huán)境地基綜合監測網(wǎng)(即“子午工程”二期)位于內蒙古的四子王旗臺站正式開(kāi)工建設，預計于2023年完成基本建設。^[2]

工程內容

“子午工程”沿東經(jīng)120°子午線(xiàn)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(xiàn)附近現有的15個(gè)監測臺站，建成一個(gè)以鏈為主、鏈網(wǎng)結合的，綜合運用地磁（電）、無(wú)線(xiàn)電、光學(xué)和探空火箭等多種手段，連續監測地球表面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(gè)地球半徑以外的行星際空間環(huán)境中的地磁場(chǎng)、電場(chǎng)、中高層大氣的風(fēng)場(chǎng)、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，聯(lián)合運作的大型空間環(huán)境地基監測系統。^[1]

監測內容

子午工程臺站主要監測設備分布圖

1、地表：地磁場(chǎng)、電場(chǎng)、宇宙線(xiàn)強度；

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

3、電離層：電子和離子的濃度、溫度、運動(dòng)、頻高圖、不均勻結構等；

4、磁層：密度；

5、行星際：太陽(yáng)風(fēng)等離子體速度。

技術(shù)特點(diǎn)

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)，以及通信和數據傳輸及處理技術(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(cháng)（跨越地球緯度范圍達130°）、功能最全、綜合性最高的子午監測鏈，為世界僅有，可進(jìn)行其它國家和地區難于開(kāi)展的國際最前沿課題的研究。此外，它還體現了：

全球性——形成唯一可環(huán)繞地球一周的空間環(huán)境監測子午圈；

地域性——充分體現中國上空環(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(wú)線(xiàn)電、地磁、光學(xué)、宇宙線(xiàn)、火箭等多種科學(xué)裝置和手段進(jìn)行多學(xué)科綜合研究。

目標

子午工程的科學(xué)目標是了解空間環(huán)境中的災害性空間天氣的變化規律，逐步弄清中國境內東經(jīng)120°子午鏈和北緯30°緯度線(xiàn)上空的空間環(huán)境的區域性特征和全球變化的關(guān)系，與中國的“雙星”計劃（主要觀(guān)測磁層）、有關(guān)應用衛星的搭載等天基空間探測系統相結合，構成分工合作、相輔相成的關(guān)系，通過(guò)各監測系統協(xié)同工作，可以全面獲取空間環(huán)境各種信息，建立相應的空間天氣因果鏈模式，發(fā)展綜合性的預報方法，為做出有重要原創(chuàng )性的科學(xué)成果提供監測基礎。

子午工程的工程目標是建設與國際接軌、具有世界先進(jìn)水平的東經(jīng)120°附近空間環(huán)境地基綜合監測子午鏈。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(jìn)科學(xué)裝置，以及空間物理學(xué)科的科學(xué)數據系統和研究與預報系統。在此基礎上，通過(guò)國際合作與西經(jīng)60°附近的子午鏈構成環(huán)繞地球一周的、完整的空間環(huán)境地基監測子午圈，來(lái)監測地球空間環(huán)境的全球變化。

子午工程的應用目標是為我國社會(huì )各類(lèi)用戶(hù)提供完整、連續、可靠的多學(xué)科、多空間層次的空間環(huán)境地基綜合監測數據，以及有關(guān)的空間天氣模式、產(chǎn)品和成果。積極參加國內外有關(guān)單位共同開(kāi)展的空間天氣預報和服務(wù)，為減少或避免空基和地基技術(shù)系統以及人類(lèi)健康遭受災害性空間天氣的損傷和破壞、為提高我國空間天氣預報能力和服務(wù)水平做出重要貢獻。

三大系統

系統由地磁（電）分系統、無(wú)線(xiàn)電分系統、光學(xué)分系統和探空火箭綜合監測分系統構成，用于監測中國境內東經(jīng)120°子午鏈和北緯30°緯度線(xiàn)上空的空間環(huán)境。

系統由通信網(wǎng)絡(luò )分系統和數據庫分系統構成。系統以大型專(zhuān)用數據庫為核心，以面向科學(xué)數據和事務(wù)管理的計算機系統為主體設施，利用公用或相關(guān)業(yè)務(wù)部門(mén)的專(zhuān)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(zhuān)用的子網(wǎng)，是一個(gè)面向用戶(hù)的、可實(shí)現國際數據交換的科學(xué)支撐平臺。

本系統由科學(xué)運行分系統、研究建模分系統和預報服務(wù)分系統構成。科學(xué)運行分系統包括科學(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(dòng)廳；研究建模分系統包括研究與建模虛擬平臺（研究平臺、建模平臺）和專(zhuān)用高性能計算平臺；預報服務(wù)分系統包括民用預報服務(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(dòng)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(jìn)技術(shù)使探測數據的精度有了顯著(zhù)提高。

2011年5月7日7時(shí)，國家重大科技基礎設施項目東半球空間環(huán)境地基綜合監測子午鏈（簡(jiǎn)稱(chēng)“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(chǎng)成功發(fā)射。這一試驗的成功將為我國自主監測空間環(huán)境、保障空間活動(dòng)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)境的地基監測方面快速步入有重要國際影響的先進(jìn)國家之列，在亞洲發(fā)揮主導（或中樞）作用幾十年。中國衛星的故障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、導航、資源、氣象、地震、減災、防災、GPS應用、電力、生態(tài)和人類(lèi)健康以及國家安全等領(lǐng)域的長(cháng)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，獲取氣球和衛星都無(wú)力探測的低電離層、熱層區域的環(huán)境數據，了解中國上空空間天氣變化規律并進(jìn)行預報，都有極其重要的科學(xué)意義和應用價(jià)值。

建設進(jìn)程

2022年6月29日，四川省甘孜州稻城縣境內，國家重大科技基礎設施空間環(huán)境地基綜合監測網(wǎng)（子午工程二期），正在進(jìn)行緊張的設備安裝，預計2022年底完成天線(xiàn)安裝調試工作。^[3]

2022年11月13日，全球規模最大太陽(yáng)射電成像裝置——子午工程二期圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠鏡在甘孜州稻城縣主體完工，將對太陽(yáng)活動(dòng)進(jìn)行監測，為能源、通訊等基礎實(shí)施的安全運行提供預警和保障。^[4]