编者按:"浩瀚的空天还有许多未知的奥秘有待探索",为此,中科院之声与中国科学院国家空间科学中心联合开设“Calling太空”科普专栏,为大家讲述有趣的故事,介绍一些与空间科学和航天相关的知识。
去年,万众瞩目的“嫦娥”五号探测器,带着月亮上挖到的土回来,不是掉到海水里,而是掉到草原上,许多人就此认识了一个“王者气息”的地名——四子王旗。
清朝初期,这个地方封给了哈布图哈萨尔的第十五代系孙诺延泰,他生有四子,故称四子部落,而他的这位祖先哈布图哈萨尔是一代天骄成吉思汗的胞弟,确实曾经是一代王者。举世瞩目的载人航天飞船主着陆场就位于四子王旗草原。
我国的许多返回舱,例如神舟飞船,往往在这里着陆,一如电影《我和我的祖国》中的场景。
落地于四子王旗的嫦娥五号返回舱(图片来自网络)
不过,光荣的航天着陆场,是这片草原的今天;未来,这里还会为中国航天做更大的贡献。
6月23日,国家重大科技基础设施——空间环境地基综合监测网子午工程二期四子王旗台站正式开工建设。这是一项监测太阳、近地太空环境的大工程,未来为飞行于太空的航天器提供各种“天气预报”的保障。
我们的民生也越来越受到卫星等的影响,导航、通讯、电网等都和空间天气事件相关联,所以四子王旗的监测对咱们老百姓未来的生活也会有许多益处。
太阳风暴影响地球周围的太空
什么是子午工程呢?
“揆阴阳之中,居子午之直”,中国古代以“子”为正北,以“午”为正南,现在,“子午”用于称呼咱们地球南北向的经度,比如北京大约在东经.4°,我们使用的北京时间就是标准的东经°所对应的时间。
子午工程一期的设计就是围绕“子午”2字,在东经°附近寻找有一定基础的空间观测台站组网,如漠河、北京、武汉、海南等,后来增加东西向台站成为十字形,但以南北“子午”链为主。
鉴于子午工程一期的成功,我国正在扩展建设包含31个台站、近台探测设备的太空环境综合监测网,构成如图的“井”字形,四子王旗站就是其中之一。
四子王旗站诞生在牧场中间,预计的规模相当大,光是初步规划好的观测仪器就有6种,可以对空间站、神舟飞船、北斗卫星在轨飞行的名为“电离层”、“磁层”等的宇宙环境实时观察、及时预警,就好像古代的瞭望塔,观察到其他地方战争的迹象后,赶紧发出警报信息,传给国家的大后方。
这六种设备都有什么呢?
第一种也是标志性科研设备,是2台中纬高频雷达。
它们可以直接监测几百公里高的地球“电离层”。在宇宙空间“天气”不好的时候,北极电离层众多动力学过程和不均匀体结构都可以直接膨胀或传输到我国北方至俄罗斯北部地区,在此影响下,通讯导航、航空航天、超视距雷达探测等活动受到严重干扰,还可能停电。
四子王旗站的中纬高频雷达会跟新疆和静、吉林龙井地的雷达共同合作,抢先一步“逮住”从北极来的、影响中国的电离层扰动。
子午工程二期北方中纬监测分系统将在我国东北部(吉林龙井),中北部(内蒙古四子王旗),西北部(新疆和静)建设三个高频相干散射雷达站,每站部署两部高频相干散射雷达。实现对我国电离层扰动上游区域电离层有效的大范围探测,探测范围往北纵深达0-km,东西跨度能达-km,几乎覆盖整个欧亚扇区北部地磁北纬50°-80°的广大区域。
它将是连接极区空间天气源头监测和我国空间环境监测的“桥梁”,使得空间环境地基综合监测网实现从高纬、中纬到低纬无缝式的大范围、连续、实时监测,为我国空间物理研究和空间天气建模、预报提供关键的自主输入参数。
中纬高频雷达天线的样子(子午工程供图)
第二种是GNSS电离层TEC与闪烁监测仪。
它的核心大家听了可能更觉得亲切,就是GPS/北斗的信号接收机。其实它不光能接收美国GPS和中国BD(北斗),还有欧洲GALILEO、俄罗斯GLONASS、日本QZSS以及印度IRNSS的信号。
这台监测仪可不是为了定自己的位置才接收这些导航信号的,其实这些信号传播时会受到从卫星所处的太空,一直到地面之间的电子的干扰,导致计算定位信息时出现误差。
导航信号受电离层(Ionosphere)干扰,相关的参数TEC和闪烁(Scintillation)是这台仪器