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專家揭秘神舟七號(hào)“出門”前的“太空天氣預(yù)報(bào)”

2008年12月03日 17:18 來(lái)源:科技日?qǐng)?bào) 發(fā)表評(píng)論

  見到龔建村并不容易。作為空間環(huán)境預(yù)報(bào)學(xué)科的帶頭人,他總是忙著參加各種會(huì)議。電話里龔建村的笑聲很爽朗,感覺是個(gè)率真坦誠(chéng)的人。見到他時(shí)我還是這個(gè)感覺:一件軍綠色運(yùn)動(dòng)夾克,一雙休閑皮鞋,握手短暫有力,談吐流暢。

    和“飛天”有關(guān)的記憶

    讓伴飛小衛(wèi)星免受“干擾”

  對(duì)于普通人來(lái)說(shuō),龔建村所在的中科院空間環(huán)境預(yù)報(bào)中心是個(gè)遙遠(yuǎn)而神秘的地方;而對(duì)于我國(guó)載人航天工程來(lái)說(shuō),龔建村和他的團(tuán)隊(duì)是名副其實(shí)的幕后功臣。就像我們出門前要看天氣預(yù)報(bào)一樣,我們?cè)煸L太空之前也要了解太空的“天氣”情況。而神舟七號(hào)“出門”前的這份“太空天氣預(yù)報(bào)”正是中科院空間環(huán)境預(yù)報(bào)中心作出的。

  由于神舟七號(hào)要釋放小衛(wèi)星進(jìn)行伴飛試驗(yàn),對(duì)空間地磁環(huán)境提出了近乎苛刻的要求。“小衛(wèi)星的軌道控制工作非常精密,很輕微的地磁活動(dòng)產(chǎn)生的大氣擾動(dòng)就可能影響其伴飛軌道,后果非常嚴(yán)重!饼徑ù褰忉屨f(shuō)。

  空間環(huán)境預(yù)報(bào)中心的工作人員發(fā)現(xiàn),如果按照最初的試驗(yàn)計(jì)劃進(jìn)行,在伴飛試驗(yàn)后期,太陽(yáng)表面的一個(gè)冕洞將產(chǎn)生強(qiáng)烈的地磁擾動(dòng)。要保證伴星安全,只有將試驗(yàn)提前!于是根據(jù)預(yù)報(bào),“神七”小衛(wèi)星伴飛試驗(yàn)提前2天進(jìn)行。10月初,頻繁的地磁活動(dòng)如期而至。而此時(shí),小衛(wèi)星早已順利完成了環(huán)繞飛船軌道艙飛行的目標(biāo)。

  幫神舟一號(hào)躲過(guò)流星雨

  “空間環(huán)境預(yù)報(bào)講究的是no news is good news(沒(méi)有消息就是好消息)。”龔建村說(shuō),“要實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo),在執(zhí)行任務(wù)之前就要做好充分準(zhǔn)備,防止任何意外的發(fā)生!

  和龔建村一起走進(jìn)中心預(yù)測(cè)大廳,18臺(tái)顯示器分居兩側(cè)!白筮9臺(tái)顯示器上顯示的是揭示太陽(yáng)本身物理屬性的一些圖,如日冕圖、紫外波段圖、黑子圖、磁場(chǎng)圖等,右邊是太陽(yáng)活動(dòng)在向地球傳播過(guò)程中的一些環(huán)境參數(shù),所有的數(shù)據(jù)每5分鐘更新一次。”這是執(zhí)行航天任務(wù)時(shí)預(yù)報(bào)員們主要的信息源。

  “數(shù)據(jù)這么多,執(zhí)行任務(wù)時(shí)是不是很緊張?”

  “工作做在前面就沒(méi)什么好緊張的了。在預(yù)報(bào)任務(wù)之前,就要對(duì)空間環(huán)境進(jìn)行全面分析、預(yù)測(cè),所以執(zhí)行任務(wù)時(shí)所有的參數(shù)變化基本做到心中有數(shù)。”

  1999年,我國(guó)第一艘載人航天試驗(yàn)飛船神舟一號(hào)發(fā)射,預(yù)定發(fā)射時(shí)間為11月18日。龔建村和同事們發(fā)現(xiàn)當(dāng)天的獅子座流星暴可能對(duì)發(fā)射有嚴(yán)重影響。“我們做了詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析。分析結(jié)果表明飛船與流星碰撞的概率非常高,如果推遲24小時(shí)發(fā)射,碰撞概率下降到千分之六,48小時(shí)會(huì)降到萬(wàn)分之一以下。我們把相關(guān)的分析報(bào)告上報(bào)到工程領(lǐng)導(dǎo)部門。”正是空間環(huán)境預(yù)報(bào)中心提交的這份報(bào)告,使1999年11月20日成為載入中國(guó)載人航天史冊(cè)的一天。

  向戰(zhàn)略型科學(xué)家蛻變

  “開拓一個(gè)新領(lǐng)域,是一件讓人非常興奮的事”

  出生成長(zhǎng)在江蘇南京,龔建村的普通話聽不出一點(diǎn)鄉(xiāng)音。他說(shuō),自己是個(gè)適應(yīng)能力很強(qiáng)的人。

  中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)空間物理專業(yè)畢業(yè)后分配到中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心,龔建村被告知可選擇管理和科研兩類工作。做管理可以留在北京城里,搞科研就得去郊區(qū)。“國(guó)家培養(yǎng)了我5年,當(dāng)然應(yīng)該搞科研!庇谑驱徑ù鍋(lái)到了北五環(huán)外一個(gè)叫小牛坊的地方。

  “那時(shí)候一天只有5班公交車,最晚的一班只到晚上六點(diǎn),終點(diǎn)站離我們的工作地點(diǎn)還有5公里左右!被叵肽菚r(shí)的生活,龔建村印象最深的是北京冬天的風(fēng),“呼呼地刮在臉上像刀子,和南方的風(fēng)一點(diǎn)不像”。雖然如此,龔建村卻從來(lái)沒(méi)有想過(guò)如果畢業(yè)時(shí)去了南京或者上海,生活是不是會(huì)不一樣!斑@也許是六十年代人的特點(diǎn),生活上不怎么挑肥揀瘦。”

  除了北方干冷的天氣,龔建村要適應(yīng)的還有不斷變化的工作。

  1982年,龔建村首先參加的是中高層大氣研究。研究組用幾年時(shí)間研發(fā)出我國(guó)第一代大氣電場(chǎng)測(cè)量?jī)x,并獲得科學(xué)院科技進(jìn)步二等獎(jiǎng),其核心工作原理至今仍是國(guó)內(nèi)主要大氣電場(chǎng)測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。1987年,龔建村作為中央講師團(tuán)的一員來(lái)到山東濰坊諸城縣,如何讓從沒(méi)接觸過(guò)計(jì)算機(jī)的中學(xué)、師專老師學(xué)會(huì)用BASIC語(yǔ)言編程成了他要琢磨的問(wèn)題。一年后龔建村回所,磁層成為他新的研究對(duì)象,在完成幾個(gè)自然科學(xué)基金項(xiàng)目后,又被安排干了兩年的IT產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)工作。

  科研中更換研究領(lǐng)域就意味著工作要從頭開始,龔建村卻樂(lè)于接受這樣的變化!伴_拓一個(gè)新領(lǐng)域,是一件讓人非常興奮的事!

  “預(yù)報(bào)中心每天提供空間環(huán)境預(yù)報(bào),10年來(lái)沒(méi)有間斷過(guò)”

  1993年成立空間環(huán)境預(yù)報(bào)研究室,龔建村成為第一批成員。1994年,龔建村被任命為研究室副主任。由此,他開始從一名關(guān)注具體科研問(wèn)題的科研人員,向需要考慮學(xué)科布局、發(fā)展的戰(zhàn)略型科學(xué)家蛻變。

  空間環(huán)境預(yù)報(bào)要對(duì)中高層大氣、電離層、磁層、行星際空間以及太陽(yáng)活動(dòng)進(jìn)行全面的研究,過(guò)去10年龔建村在空間物理不同領(lǐng)域積累的科研經(jīng)驗(yàn)派上了用場(chǎng)。但空間環(huán)境預(yù)報(bào)又不同于他以前從事的任何一項(xiàng)研究:“空間物理基礎(chǔ)研究和空間環(huán)境預(yù)報(bào)就好比天氣學(xué)研究和天氣預(yù)報(bào),前者以理論居多,后者是應(yīng)用研究,要根據(jù)用戶的需求并對(duì)空間環(huán)境中可能發(fā)生的空間事件做出預(yù)測(cè)!币闪⒅袊(guó)第一個(gè)空間環(huán)境預(yù)報(bào)中心,大家對(duì)于建成什么樣、怎么建都完全沒(méi)有想法。

  1995年,龔建村走訪了美國(guó)大部分空間環(huán)境預(yù)報(bào)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室。雖然只有20天時(shí)間,龔建村卻看到了學(xué)科未來(lái)發(fā)展的方向!懊绹(guó)人很重視環(huán)境預(yù)報(bào)的業(yè)務(wù)化,也就是每天都向用戶提供空間天氣參數(shù)。當(dāng)時(shí)我國(guó)航天事業(yè)正飛速發(fā)展,對(duì)于空間環(huán)境預(yù)測(cè)有很大需求。在為“神舟”飛船做好保障工作之外,為航天用戶提供業(yè)務(wù)化服務(wù)應(yīng)該成為我們長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的方向之一。”

  1997年,龔建村再次來(lái)到美國(guó)空間環(huán)境中心考察3個(gè)月,深入全面地學(xué)習(xí)美國(guó)的經(jīng)驗(yàn),此行最大的收獲是空間天氣預(yù)報(bào)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。“我們總是說(shuō)空間環(huán)境良好或者惡劣,可到底什么是良好什么是惡劣,每個(gè)預(yù)報(bào)員都有不同的標(biāo)準(zhǔn)!蹦且荒,龔建村擔(dān)負(fù)起研究室主任的重?fù)?dān)。

  1998年,完成了第一代空間環(huán)境預(yù)報(bào)系統(tǒng)的開發(fā),空間環(huán)境預(yù)報(bào)中心通過(guò)評(píng)審進(jìn)入試運(yùn)行!皬脑囘\(yùn)行的那天起,預(yù)報(bào)中心每天提供空間環(huán)境預(yù)報(bào),10年來(lái)沒(méi)有間斷過(guò)!

  “不把事情做好不甘心,做好了還想做得更好”

  業(yè)余時(shí)間龔建村喜歡打羽毛球,偶爾也打打臺(tái)球和保齡。但說(shuō)起重新走上羽毛球場(chǎng),卻是為了“治病”!澳贻p時(shí)我是所里兩屆羽毛球單打冠軍,后來(lái)因?yàn)楣ぷ髅椭袛嗔。?000年,龔建村被確診為心房顫動(dòng)!耙簿褪钦f(shuō)我的心臟不能正常收縮,影響了對(duì)身體器官的供血量,運(yùn)動(dòng)起來(lái)很容易心悸、頭暈、氣急!钡徑ù宀辉敢饩瓦@么成為一運(yùn)動(dòng)就胸悶氣短的“病人”,于是跑到運(yùn)動(dòng)場(chǎng)打起了羽毛球!白铋_始打半個(gè)多小時(shí)就累得不行,現(xiàn)在讓我打上兩三個(gè)小時(shí)也沒(méi)啥問(wèn)題。”

  除了擁有專業(yè)級(jí)的羽毛球裝備,龔建村還有自己的臺(tái)球桿和保齡球。說(shuō)到水平,龔建村并沒(méi)有謙虛:“很多年輕人現(xiàn)在還不是我的對(duì)手。我覺得自己有點(diǎn)‘強(qiáng)迫癥’,不把事情做好不甘心,做好了還想做得更好。業(yè)余愛好是這樣,工作上也是這樣!

  空間環(huán)境預(yù)報(bào)中心研發(fā)的空間環(huán)境保障系統(tǒng)也是在龔建村的這種“強(qiáng)迫癥”下不斷更新?lián)Q代。

  相較于最初的第一代系統(tǒng),2003年完成的第二代系統(tǒng)大大提升了數(shù)據(jù)獲取能力和數(shù)據(jù)分析能力,對(duì)于太陽(yáng)質(zhì)子事件三天預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率可達(dá)80%,遠(yuǎn)高于國(guó)際公認(rèn)的優(yōu)質(zhì)預(yù)報(bào)水平——65%,2004年獲全軍科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。2006年龔建村給系統(tǒng)又加入了40多個(gè)預(yù)報(bào)和效應(yīng)分析模型,全新的第三代系統(tǒng)在2007年又獲得全軍科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。龔建村還計(jì)劃在2010年完成第四代系統(tǒng)的升級(jí)換代。

  “如果一個(gè)系統(tǒng)完成后5年內(nèi)都沒(méi)有任何更新,大家就會(huì)開始思想僵化。不斷提升能力,才能始終保持領(lǐng)先競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手2—3個(gè)臺(tái)階!饼徑ù暹@樣解釋他的“強(qiáng)迫癥”成因。

  名詞解釋

  空間環(huán)境預(yù)報(bào)

  地球的周圍并非像我們看到的那樣空空如也,大氣層之外,我們的身邊還受到地球的重力場(chǎng)和磁場(chǎng)、其他星球的引力場(chǎng)和磁場(chǎng)、以及各種電磁輻射的作用。通常情況下,我們?cè)诤窈竦拇髿鈱颖Wo(hù)之下,并沒(méi)有最直接地感覺到這些磁場(chǎng)或者輻射的作用,這時(shí)候我們需要考慮的只是中低層大氣變化帶來(lái)的風(fēng)雨雷電等自然現(xiàn)象——這就是我們所熟悉的天氣現(xiàn)象。但是如果在那些大氣稀薄而不能提供有力保護(hù)的高層大氣、電離層等太空區(qū)域,或者當(dāng)?shù)厍虼艌?chǎng)受到太陽(yáng)粒子的影響而發(fā)生大的擾動(dòng)的時(shí)候,就會(huì)出現(xiàn)磁暴、極光等空間環(huán)境現(xiàn)象。

  就像天氣預(yù)報(bào)那樣,空間天氣預(yù)報(bào)也是基于我們對(duì)空間環(huán)境的不斷監(jiān)測(cè),從而對(duì)其增加了解和認(rèn)識(shí),掌握其一定的變化規(guī)律,然后通過(guò)對(duì)已獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,給出空間環(huán)境未來(lái)變化趨勢(shì)的預(yù)測(cè)。當(dāng)然,因?yàn)樘?yáng)活動(dòng)的重要性,所以監(jiān)測(cè)太陽(yáng)黑子、冕洞、日珥、耀斑等太陽(yáng)活動(dòng)現(xiàn)象則是空間天氣預(yù)報(bào)中極為重要的內(nèi)容。而與普通天氣預(yù)報(bào)略有不同的是,空間天氣預(yù)報(bào)還將進(jìn)一步地為服務(wù)對(duì)象提供更詳細(xì)的預(yù)警信息和行為指導(dǎo)。(徐玢)

編輯:吳歆】
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