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作者：记者 唐琳 来源： 发布时间：2018-11-13 15:29:15
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2011年年初，我国迄今为止最大的空间科学卫星计划——空间科学先导专项宣告启动，标志着我国空间科学卫星发展站在了新的历史起点上。
然而，在此之前，还有另外一项堪称鼻祖级的科学卫星计划。它仿佛是中国空间科学夜空里的一道闪光，用耀眼的光芒，照亮了中国空间科学的漫漫长夜。
它，便是中国首个以科学目标牵引立项的卫星工程项目——“地球空间双星探测计划”（简称“双星计划”）。
天作之合
继陆地、海洋和大气层之后，近几十年来，人类的活动范围已经快速延伸到了地球空间，这个区域已成为与人类活动息息相关的“第四区域”。
然而，对于这个区域的环境我们还知之甚少。表面看上去风平浪静的地球空间，实则潜伏着各种危机，比如突发的空间暴常常令空间飞行器猝不及防，同时也直接威胁到宇航员的生命安全。
1997年年初，必威体育app官网：空间科学与应用中心（必威体育app官网：国家空间科学中心前身）刘振兴院士牵头，提出了“双星计划”：一颗赤道区卫星，一颗极区卫星，形成一对姊妹星座，联手覆盖整个近地磁层区。
彼时，欧洲空间局对于刘振兴提出的“双星计划”十分重视，于是专门派出了以科学项目主任为首的代表团于1997年11月访问了北京，与当时的空间中心共同讨论关于“双星计划”的合作问题。
会上，欧空局一行人在听了中方关于“双星计划”的报告后，马上走出报告厅讨论起来。一会儿，他们又回到报告厅，并当场表示要和中国进行合作。
“就目前来说，单靠自己的水平我们还不能在短时间内解决高精度探测仪器问题，因而也就不能在很短的时间内把卫星送上太空。通过与欧空局的合作，其中50%的中国目前不能制造的精密仪器由欧空局提供，这在很大程度上提高了中国的空间技术水平。”刘振兴院士曾这样表示。
于是，中欧双方一拍即合，会议第二天便达成了初步合作意向。
2001年7月，中欧正式签署“地球空间双星探测计划”合作协议。2002年10月，“双星计划”通过国务院正式批准立项，成为中国第一个以科学为目标牵引立项的卫星计划，也成为中国第一个与航天先进国家和地区开展的重大国际合作项目。
开创先河
简单来说，“双星计划”就是要通过研究太阳活动、行星际扰动触发磁层空间暴和灾害性地球空间天气的物理过程，为空间活动安全以及维护人类生存环境提供科学数据和对策。
“双星计划”由两颗卫星组成，一颗为赤道卫星，即探测1号；另一颗为极轨卫星，即探测2号。探测1号的轨道在赤道面附近，近地点约700公里，远地点约83000公里，倾角约28度；探测2号的轨道近似垂直于赤道面，经过地球的南北两极上空，近地点约550公里，远地点约45000公里，倾角约90度。
这两颗卫星的轨道覆盖了当时人类还未探测的地球空间区域，两颗卫星之间的配合，可以同时探测与地球空间暴发生有关的重要区域，如地球的磁层顶边界层、磁尾以及两极上空。
“双星计划”的两颗卫星共搭载有16台科学探测仪器。其中，中方研制了8台，包括2台高能质子探测器（HEPD）、2台高能电子探测器（HEED）、2台重离子探测器（HID）、1台低频电磁波探测器（LFEW）和1台低能离子探测器（LEID）；欧方研制了7台，包括2台磁通门磁强计（FGM）、2台电子与电流仪（PEACE）、1台热离子分析仪（HIA）、1台电位主动控制仪（ASPOC）和1台电磁场波动分析仪（STARF）；中欧合作研制1台，即中性原子成像仪（NUADU）。
同时，“双星计划”还配套建设了3个数据（地面）接收站，分别为北京密云站、上海佘山站以及西班牙维纳弗拉卡站。
“当时，抗辐射防护、对卫星本身电磁场的控制、仪器运输过程中物理防护等方面都对中国空间技术提出了新挑战。”“双星计划”卫星总设计师、总指挥张永维介绍。但中方研制团队排除万难，最终保障了卫星任务的顺利完成。
2003年12月30日，探测1号发射成功；2004年7月25日，探测2号发射成功。2004年4月，探测1号交付；2005年4月，探测2号交付。
“这两颗星的设计寿命一个是1年，一个是1年半，但是实际运行都各超了1倍。”张永维告诉记者。
如今，“双星计划”探测到的数据仍在发挥作用。“我们仍有研究人员在挖掘这些数据。”原空间中心主任吴季介绍。不仅如此，“双星计划”与欧空局“星簇计划”的数据比照研究也仍在继续。
据不完全统计，2004年3月至2009年2月期间，与“双星计划”相关的SCI收录论文数量达104篇，被引用107次；围绕该计划产生国际会议特邀报告10篇，大会报告46篇；申请发明专利 15 项，其中 12 项已获授权；申请实用新型专利 8 项，已全部授权；计算机软件著作权登记 46 项。
成就典范
对于中国空间科学来说，“双星计划”不仅是里程碑，更是一份辉煌荣耀。
“双星计划”的两颗卫星共获取了520GB以上的探测数据，足足为原计划探测数据量的3倍；科学数据中心为科学用户提供4秒高分辨率和1分钟分辨率的两种科学数据产品，可满足用户的不同需求；用户遍布中国、美国、俄罗斯、日本、加拿大及欧洲等40多个国家和地区，10年来中国数据中心访问总数达1000多万次；此外，“双星计划”的科学数据中心还向空间环境应用用户提供了科学数据支持，在空间环境预报模型以及预报方面发挥了重要作用。
不仅获得了大量的探测数据，“双星计划”还通过与“星簇计划”的协调探测，首次完成了人类历史上的地球空间“六点协调探测”，在实现其科学目标方面取得了重要的探测研究结果。特别是提出了亚暴触发的新理论——“锋面理论”，在国际空间科学研究领域产生了重要影响，其中诸多名词被国际学者在研究工作中所采用。
不得不提的是，“六点协调探测”以及取得的多空间层次和多时空尺度的大量高分辨率科学数据，也引发了国际磁层研究的新热点。
2004~2009年间，多个国际重要学术会议上都有“双星—星簇”多点探测的专题研讨会或特邀学术报告；欧洲、美国和日本等国家和地区也都纷纷提出了新的多点探测计划，如THEMIS、MMS、Scope等等。
正是凭借着“六点协调探测”这一开先河之举，“双星计划”与“星簇计划”共同摘得了国际宇航科学院（IAA）颁发的“2010年杰出团队成就奖”。而这也是中国第一次获得这一国际航天领域的至高荣誉。
而对于中国空间科学发展而言，“双星计划”更为重要的意义在于填补了我国空间探测领域几十年的空白，开辟了空间科学卫星的先河，让中国的空间科学研究在国际上有了一席之地，充分展示了我国的实力和水平，提高了我国在国际空间物理界的地位和作用。
同时，“双星计划”也为我国后续空间科学卫星系列的发展提供了有益的经验：其所建立的以科学目标为牵引的科学卫星立项程序、首席科学家模式、科学运行和数据中心以及国际合作等方面的经验，已经被我国政府主管部门和后续的空间科学探测计划所采纳。
此外，“双星计划”就仿佛是一把钥匙，打开了我国空间科学国际交流的大门。在此之后，我国科学家陆续提出了一系列空间科学探测计划，如磁层—电离层—热层耦合小卫星星座探测计划（MIT）、太阳极轨望远镜计划（SPORT）和太阳风—磁层相互作用全景成像卫星计划（SMILE）等等，空间科学国际合作风生水起。
鉴于“双星计划”取得的卓越科学和技术成果推动了我国空间科学和技术的发展，2010年，“双星计划”获得国家科学技术进步奖一等奖。
刘振兴院士曾作过一个比喻：“这就像下棋，位置非常关键，就空着两个地方，你下了这个棋子，这盘棋就活了。”正是怀着这种“天作棋盘星作子”的气概，空间中心以“双星”与欧空局的“星簇”相配合，弈出了精彩的一局。■
《科学新闻》 (科学新闻2018年9月刊 硕果)
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