劉振興發(fā)現(xiàn),ISTP計(jì)劃中的一些衛(wèi)星在軌道布局方面存在著局限性,而這是人們認(rèn)識(shí)、研究地球空間不可缺少的部分。由他牽頭,中國(guó)提出了“雙星計(jì)劃”,并高效實(shí)施,最終取得成功,我國(guó)的空間探測(cè)就此邁上新的臺(tái)階。

“雙星計(jì)劃”出世盤活空間探測(cè)“棋局”

我國(guó)是一個(gè)空間大國(guó),但還不是空間強(qiáng)國(guó),在空間探測(cè)方面與空間強(qiáng)國(guó)相比還有相當(dāng)大的差距,這正是限制我國(guó)空間科學(xué)發(fā)展的主要因素之一。因此,亟須發(fā)展我國(guó)的空間探測(cè)和科學(xué)研究,迅速提高我國(guó)空間科學(xué)研究的水平。雖然我國(guó)與歐空局Cluster計(jì)劃開展了合作,但還缺乏自主的空間科學(xué)探測(cè)與研究計(jì)劃。

劉振興認(rèn)為,隨著人類對(duì)空間探索的逐漸延伸,項(xiàng)目的規(guī)模也會(huì)越來(lái)越大,在一個(gè)國(guó)家能力有限的情況下,國(guó)際合作是人們逐步了解浩淼宇宙的最有效方式。

他通過(guò)分析研究,發(fā)現(xiàn)ISTP計(jì)劃中,一些衛(wèi)星在軌道布局方面存在局限性,即這些衛(wèi)星的遠(yuǎn)地點(diǎn)都較高,不能覆蓋磁層空間暴(包括磁層亞暴、磁暴和磁層粒子暴)的重要活動(dòng)區(qū)。而劉振興已研究這些區(qū)域幾十年,認(rèn)為這是人們認(rèn)識(shí)、研究地球空間不可缺少的部分。

1997年1月,由劉振興院士牽頭,中國(guó)相關(guān)科學(xué)家多次討論,提出“地球空間雙星探測(cè)計(jì)劃”,即“雙星計(jì)劃”。1997年4月,劉振興院士在北京香山科學(xué)會(huì)議上正式提出中國(guó)“雙星計(jì)劃”,受到了與會(huì)專家和國(guó)家有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的重視。

“雙星計(jì)劃”是我國(guó)空間物理界的一項(xiàng)重要的創(chuàng)新計(jì)劃,它包括兩顆以大橢圓軌道繞地球運(yùn)行的小衛(wèi)星,分別對(duì)地球近赤道區(qū)和極區(qū)兩個(gè)地球空間環(huán)境變化最為重要的區(qū)域進(jìn)行寬能譜粒子、高精度磁場(chǎng)及其波動(dòng)的探測(cè)。主要研究太陽(yáng)活動(dòng)和行星際擾動(dòng)觸發(fā)磁層空間暴和災(zāi)害性地球空間天氣的物理過(guò)程；建立磁層空間暴的物理模型、地球空間環(huán)境動(dòng)態(tài)模型以及預(yù)報(bào)方法。

雙星計(jì)劃中的赤道衛(wèi)星極區(qū)衛(wèi)星上分別載有9臺(tái)和10臺(tái)探測(cè)儀器。赤道區(qū)衛(wèi)星的軌道是:近地點(diǎn)550公里,遠(yuǎn)地點(diǎn)74000公里；傾角約為28度。極區(qū)衛(wèi)星軌道是:近地點(diǎn)350公里,遠(yuǎn)地點(diǎn)25000公里,傾角約90度左右。兩顆衛(wèi)星遙相配合,將構(gòu)成具有明顯創(chuàng)新特色的星座式獨(dú)立探測(cè)體系,運(yùn)行在ISTP衛(wèi)星尚未覆蓋的近地磁層重要活動(dòng)區(qū),“雙星計(jì)劃”與歐洲空間局的磁層探測(cè)計(jì)劃組成密切配合的兩個(gè)聯(lián)合觀測(cè)項(xiàng)目,形成人類歷史上第一次對(duì)地球空間的六點(diǎn)立體探測(cè)。劉振興院士打了一個(gè)比喻:就像下棋,位置非常關(guān)鍵,就空著兩個(gè)地方,下上棋子,這盤棋就活了。

國(guó)際空間機(jī)構(gòu)積極合作,“雙星”發(fā)射成功

雙星計(jì)劃得到了國(guó)際空間物理界的關(guān)注。歐空局和國(guó)際空間機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)組在工作會(huì)議上專門對(duì)劉振興提出的“雙星計(jì)劃”進(jìn)行了討論,高度評(píng)價(jià)其科學(xué)構(gòu)想,并通過(guò)了推薦書,表示將積極與雙星計(jì)劃合作。特別是歐空局,1996年6月4日由于阿麗亞娜5型火箭飛行軟件出現(xiàn)故障,發(fā)射時(shí)發(fā)生爆炸,clusterI四顆星簇衛(wèi)星化為煙云和碎片,clusterI計(jì)劃失?。?997年4月,clusterII計(jì)劃啟動(dòng),他們對(duì)雙星計(jì)劃的合作意愿強(qiáng)烈,派出以科學(xué)項(xiàng)目主任為首的代表團(tuán)訪問(wèn)北京,與中國(guó)科學(xué)院空間中心討論了“雙星計(jì)劃”的合作問(wèn)題。

歐空局代表團(tuán)認(rèn)為,“雙星計(jì)劃”對(duì)Cluster水平的提高至關(guān)重要。1997年11月舉行的歐空局Cluster科學(xué)工作隊(duì)會(huì)議上,主要研究者們一致通過(guò)與“雙星計(jì)劃”研究者進(jìn)行合作。同時(shí),國(guó)際空間局協(xié)調(diào)組(IACG)也通過(guò)一項(xiàng)議題,將“雙星計(jì)劃”納入國(guó)際探測(cè)任務(wù)。

1999年9月,歐空局代表團(tuán)訪華,歐空局認(rèn)為中國(guó)“雙星計(jì)劃”與歐空局clusterII計(jì)劃的合作將會(huì)對(duì)國(guó)際日地物理計(jì)劃作出重要貢獻(xiàn),并正式向中科院和中國(guó)國(guó)家航天局提出與“雙星計(jì)劃”合作的請(qǐng)求。

2001年7月,中國(guó)國(guó)家航天局局長(zhǎng)欒恩杰和歐空局局長(zhǎng)羅達(dá)塔又在法國(guó)巴黎歐空局本部正式簽署了關(guān)于“雙星計(jì)劃”的合作協(xié)議。根據(jù)協(xié)議,歐空局組織協(xié)調(diào)歐洲有關(guān)科研單位向“雙星計(jì)劃”提供8臺(tái)(其中一臺(tái)由中歐雙方合作研制)先進(jìn)探測(cè)儀器、一個(gè)歐空局衛(wèi)星地面接收站,接收雙星的部分探測(cè)數(shù)據(jù),并對(duì)有關(guān)的衛(wèi)星技術(shù)(如衛(wèi)星剩磁、衛(wèi)星表面電位和輻射環(huán)境劑量計(jì)算等)提供咨詢和協(xié)助。

劉振興由衷地高興,他說(shuō),合作是空間探測(cè)的大趨勢(shì),雙方近10年來(lái)的合作是順利的,也是成功的,中國(guó)正由一個(gè)空間大國(guó)成為一個(gè)空間強(qiáng)國(guó)。他特別指出,clusterII和“雙星計(jì)劃”運(yùn)行的時(shí)間范圍,正是太陽(yáng)爆發(fā)事件最頻繁的時(shí)期。clusterII和“雙星計(jì)劃”相配合,在探測(cè)區(qū)域方面優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),將會(huì)成為21世紀(jì)國(guó)際上最重要的日地空間探測(cè)計(jì)劃。

2003年12月30日,“雙星計(jì)劃”中的赤道區(qū)衛(wèi)星“探測(cè)一號(hào)”(TC-1)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心由“長(zhǎng)征二號(hào)丙/SM”型運(yùn)載火箭成功發(fā)射；2004年7月25日,“雙星計(jì)劃”中的極區(qū)衛(wèi)星“探測(cè)二號(hào)”(TC-2)在太原衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射成功。

“中國(guó)速度”讓空間探測(cè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展

“雙星計(jì)劃”的實(shí)施,創(chuàng)造了令歐洲合作伙伴驚訝的“中國(guó)速度”。從2001年10月立項(xiàng),到2004年7月完成兩顆衛(wèi)星的在軌部署,總共不到三年時(shí)間,這樣的速度無(wú)疑是高難度的挑戰(zhàn)。

因?yàn)橐c歐洲空間局已在2000年7月、8月升空的4顆星一起組成6點(diǎn)交匯立體探測(cè)網(wǎng),中方的研制進(jìn)度就要加快,同時(shí),衛(wèi)星要穿越磁層、輻射帶,面對(duì)的空間環(huán)境比歐洲的4顆星更惡劣。一開始,歐洲人不相信中方能在三年內(nèi)研制兩顆衛(wèi)星。

然而,當(dāng)他們?cè)谥袊?guó)各地悠閑度假時(shí),中方研制人員正在加班加點(diǎn),節(jié)假日也不休息。歐方研制的探測(cè)儀器反倒跟不上中方的研制進(jìn)度了,一個(gè)項(xiàng)目經(jīng)理因此被撤換。探測(cè)一號(hào)、探測(cè)二號(hào)兩顆衛(wèi)星,上面的接插件、各種接口加起來(lái)有幾百個(gè),測(cè)試時(shí)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)一個(gè)差錯(cuò)。歐洲空間局派來(lái)的工程師也一同參加測(cè)試,看到這樣的結(jié)果豎起了大拇指,說(shuō)這在歐空局也很難做到。

地球空間雙星探測(cè)計(jì)劃是我國(guó)第一個(gè)空間科學(xué)探測(cè)計(jì)劃,是我方為主的我國(guó)與歐空局開展合作的重大國(guó)際合作探測(cè)計(jì)劃。“雙星計(jì)劃”的順利實(shí)施為我國(guó)空間物理研究取得了大量先進(jìn)的探測(cè)數(shù)據(jù)；提高了多點(diǎn)衛(wèi)星探測(cè)數(shù)據(jù)的分析能力,并取得了創(chuàng)新性研究成果；提高了空間探測(cè)儀器的研制水平；提高了我國(guó)衛(wèi)星技術(shù)的研制水平；培養(yǎng)了一支高水平的空間科技隊(duì)伍。

“‘雙星計(jì)劃’的實(shí)施,實(shí)現(xiàn)了我國(guó)空間探測(cè)跨越式的發(fā)展,使我國(guó)的空間探測(cè)邁上了一個(gè)新的臺(tái)階,提高了我國(guó)在國(guó)際空間物理界的地位。”中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心主任吳季這樣評(píng)價(jià)。