标题：子午工程
立项背景
随着我国航天和空间技术的发展，对自主空间环境保障提出了日益迫切的需求。“子午工程”  工程可行性研究报告专家评审会是我国“十一五”中期投资建设的一个能够在地面持续运行的、综合性的、跨区域的大型空间环境观测网络。工程综合运用地磁(电)、无线电、光学和探空火箭等多种手段，连续监测地球表面20公里到几百公里的中高层大气、电离层和磁层以及十几个地球半径以外的行星际空间环境参数，将为增强我国空间科技的创新能力，保障空间活动安全做出贡献。[1]
子午工程2008年1月开工建设，工程利用沿东半球120度子午线附近和北纬30度附近的15个综合性观测台站，综合运用地磁、无线电、光学和探空火箭等多种探测手段，连续监测地球表面20至30公里以上直到几百公里的中高层大气、电离层和磁层，以及十几个地球半径以外的行星际的空间环境参数。子午工程建成了目前世界上跨度最长、监测空间范围最广、监测方法和手段最全、监测参数最多、综合性最强的空间环境地基监测系统，处于国际同类科学装置的领先地位。[2]
“子午工程”最初的构想始于1993年。1995年，中国科学院、信息产业部、教育部、中国地震局、国家海洋局联合正式向国家提出建设子午工程的建议。项目建设领导小组组长为中国科学院副院长曹健林，吴季主任担任项目建设工程经理部总经理兼项目建设领导小组办公室主任，王赤副主任担任项目建设工程经理部副总经理兼总工程师。
1997年6月，国家科技教育领导小组会议确定子午工程为国家重大科学工程。
2005—2007年，国家发展和改革委员会先后批复子午工程项目建议书、可行性研究报告和初步设计，将子午工程列入国家“十一五”重大科技基础设施项目。
2008年1月5日，子午工程正式开工建设，工程总投资1.672亿元，建设期为2008年1月——2011年1月，工期3年，整体科学寿命预计超过11年。
工程简介
子午工程沿东经120°子午线附近，利用北起漠河、经北京、武汉，南至海南并延伸到南极中山站，以及东  超视距雷达工作原理示意图起上海、经武汉、成都、西至拉萨的沿北纬30°纬度线附近现有的15个监测台站，建成一个以链为主、链网结合的，运用地磁（电）、无线电、光学和探空火箭等多种手段，连续监测地球表面20～30km以上到几百公里的中高层大气、电离层和磁层，以及十几个地球半径以外的行星际空间环境中的地磁场、电场、中高层大气的风场、密度、温度和成分，电离层、磁层和行星际空间中的有关参数，联合运作的大型空间环境地基监测系统。
子午工程，由中国科学院牵头，教育部、信息产业部、中国地震局、国家海洋局、中国气象局等共同建设，空间科学与应用研究中心为项目法人，牵头负责具体建设工作。项目建设领导小组组长为中国科学院秘书长李志刚，吴季主任担任项目建设工程经理部总经理兼项目建设领导小组办公室主任，王赤副主任担任项目建设工程经理部副总经理兼总工程师。
子午工程2008年1月开工建设，工程利用沿东半球120度子午线附近和北纬30度附近的15个综合性观测台站，综合运用地磁、无线电、光学和探空火箭等多种探测手段，连续监测地球表面20至30公里以上直到几百公里的中高层大气、电离层和磁层，以及十几个地球半径以外的行星际的空间环境参数。[3]
子午工程建成了目前世界上跨度最长、监测空间范围最广、监测方法和手段最全、监测参数最多、综合性最强的空间环境地基监测系统，处于国际同类科学装置的领先地位。[3]
工程规划
子午工程计划在3年时间内完成建设，将建成空间环境监测、数据与通信、研究与预报三大系统:  子午工程示意
1.空间环境监测系统 
系统由地磁(电)分系统、无线电分系统、光学分系统和探空火箭综合监测分系统构成，用于监测我国境内东经120°子午链和北纬30°纬度线上空的空间环境。 
2.数据与通信系统 
系统由通信网络分系统和数据库分系统构成。系统以大型专用数据库为核心，以面向科学数据和事务管理的计算机系统为主体设施，利用公用或相关业务部门的专用通信网络作为信息主通道，配以连接子午工程台站到主干网的子午工程专用的子网，是一个面向用户的、可实现国际数据交换的科学支撑平台。 
3.研究与预报系统 
本系统由科学运行分系统、研究建模分系统和预报服务分系统构成。科学运行分系统包括科学运行办公室、国际合作办公室、多功能演示厅、学术活动厅；研究建模分系统包括研究与建模虚拟平台（研究平台、建模平台）和专用高性能计算平台；预报服务分系统包括民用预报服务平台等。
监测范围
子午工程主要监测的空间范围是从20-30公里以上到几百公里的中高层大气和电离层，以及十几个地球半径以  激光雷达测试现场外的行星际空间。
主要监测参数包括： 
1、地表：地磁场、电场、宇宙线强度； 
2、中高层大气：风、密度、温度、成份、气溶胶、波动、太阳辐射等； 
3、电离层：电子和离子的浓度、温度、运动、频高图、不均匀结构等； 
4、磁层：密度； 
5、行星际：太阳风等离子体速度。
技术特点
关键技术子午工程涉及了非相干散射雷达技术、高频相干雷达技术、中高层大气激光雷达技术、行星际闪烁探测技术、全天空干涉成像技术，以及通信和数据传输及处理技术等多项前沿关键技术。　工程先进性子午工程在世界上是跨度最长（跨越地球纬度范围达130°）、功能最全、综合性最高的子午监测链，为世界  全天空气辉成像仪和激光雷达通过验收仅有，可进行其它国家和地区难于开展的国际最前沿课题的研究。此外，它还体现了：
全球性——形成唯一可环绕地球一周的空间环境监测子午圈；
地域性——充分体现中国上空环境特性研究，为了解全球近地空间环境变化必不可缺；
综合性——综合无线电、地磁、光学、宇宙线、火箭等多种科学装置和手段进行多学科综合研究。
工程目标
科学目标子午工程的科学目标是了解空间环境中的灾害性空间天气的变化规律，逐步弄清中国境内东经120°子午链  激光雷达和北纬30°纬度线上空的空间环境的区域性特征和全球变化的关系，与中国的“双星”计划（主要观测磁层）、有关应用卫星的搭载等天基空间探测系统相结合，构成分工合作、相辅相成的关系，通过各监测系统协同工作，可以全面获取空间环境各种信息，建立相应的空间天气因果链模式，发展综合性的预报方法，为做出有重要原创性的科学成果提供监测基础。工程目标子午工程的工程目标是建设与国际接轨、具有世界先进水平的东经120°附近空间环境地基综合监测子午链。它包括非相干散射雷达、激光雷达、全天空气辉成像仪和探空火箭等大型先进科学装置，以及空间物理学科的科学数据系统和研究与预报系统。在此基础上，通过国际合作与西经60°附近的子午链构成环绕地球一周的、完整的空间环境地基监测子午圈，来监测地球空间环境的全球变化。应用目标子午工程的应用目标是为我国社会各类用户提供完整、连续、可靠的多学科、多空间层次的空间环境地基综合监测数据，以及有关的空间天气模式、产品和成果。
积极参加国内外有关单位共同开展的空间天气预报和服务，为减少或避免空基和地基技术系统以及人类健康遭受灾害性空间天气的损伤和破坏、为提高我国空间天气预报能力和服务水平做出重要贡献。
三大系统
空间环境监测子午工程系统由地磁（电）分系统、无线电分系统、光学分系统和探空火箭综合监测分系统构成，  台站分布示意图用于监测中国境内东经120°子午链和北纬30°纬度线上空的空间环境。　数据与通信系统由通信网络分系统和数据库分系统构成。系统以大型专用数据库为核心，以面向科学数据和事务管理的计算机系统为主体设施，利用公用或相关业务部门的专用通信网络作为信息主通道，配以连接子午工程台站到主干网的子午工程专用的子网，是一个面向用户的、可实现国际数据交换的科学支撑平台。　研究与预报本系统由科学运行分系统、研究建模分系统和预报服务分系统构成。科学运行分系统包括科学运行办公室、国际合作办公室、多功能演示厅、学术活动厅；研究建模分系统包括研究与建模虚拟平台（研究平台、建模平台）和专用高性能计算平台；预报服务分系统包括民用预报服务平台等。
工程进度
环境监测截至2011年5月，“子午工程”已沿东经120度、北纬30度线布局建设了15个地基空间环境监测站。其中位于海  15个空间环境监测站南儋州的海南探空部为功能最全的一个综合性站点。利用该站点的探空火箭发射基地发射气象探空和电离层探空火箭是“子午工程”空间环境监测系统的重要任务之一。气象火箭  子午工程首枚气象火箭2010年6月3日凌晨4时整，中国首枚气象火箭在海南探空火箭发射场成功发射，并首次采用GPS技术获得了中国低纬度地区20至60公里高度的高精度临近空间大气温度、压力和风场的探测参数。 
此次发射的气象火箭其运载部分为中国航天科技集团公司所属航天动力技术研究院定性产品天鹰4号A型运载火箭。其载荷临近空间大气气象探空仪是中国科学院空间科学与应用研究中心研制的海燕A型气象探空仪。这种探空仪采用了多项先进技术使探测数据的精度有了显著提高。
子午工程首枚气象火箭发射 [4]
国家重大科学基础设施项目——东半球空间环境地基综合监测子午链（简称“子午工程”）首枚气象火箭3日凌晨4时整在海南探空火箭发射场成功发射，并首次采用GPS技术获得了我国低纬度地区20至60公里高度的高精度临近空间大气温度、压力和风场的探测参数。
随着人类对空间环境现象认识的逐步深化，建立能够在地面持续运行的、综合性的、跨区域的观测网络越来越重要。“子午工程”将致力于建成一个大型空间环境地基监测系统，这个系统运用地磁（电）、无线电、光学和探空火箭等多种手段，连续监测地球表面20至30公里以上到几百公里的中高层大气、电离层和磁层，以及十几个地球半径以外的行星际空间环境中的地磁场、电场等参数。
据介绍，“子午工程”拟沿东经120度，北纬30度线布局建设15个地基临近空间环境监测站。  全天空气辉成像仪其中位于海南省儋州市雅兴镇的监测站为功能最全的一个综合性站点。利用该站点的探空火箭发射基地发射气象探空和电离层探空火箭是子午工程空间环境监测系统的重要任务之一。
此次发射的气象火箭其运载部分为中国航天科技集团公司所属航天动力技术研究院定性产品天鹰4号A型运载火箭。其载荷临近空间大气气象探空仪是中国科学院空间科学与应用研究中心研制的海燕A型气象探空仪。这种探空仪采用了多项先进技术使探测数据的精度有了显著提高。
3日凌晨4时整，天鹰4号携带海燕A探空仪沿预定轨道起飞，113秒后达到70公里轨道顶点，这时海燕A与天鹰飞离，并展开降落伞开始下降。在下降的过程中不断向地面遥测系统传回不同高度上大气的温度、压力、风速和风向数据。
海南探空火箭发射场于1985年建立，是世界上少数几个低纬度的火箭探空发射实验基地之一。  激光雷达望远镜1988年至1990年间，中科院空间中心三次在此成功发射4枚探空火箭，使其成为低纬度空间环境探测的重要基地。“子午工程”的建设，使该发射基地能力大幅度提升。
相关专家表示，这次发射的成功，表明我国利用探空火箭开展临近空间探测和科学技术试验的工作在一个新的基准上再次起步，将为科学研究、技术试验以及空间环境保证提供更多的数据和更大的支撑。
“子午工程”经国家发改委批准建设，总投资1.67亿元，于2008年开工，建设期3年，由中国科学院牵头，教育部、工业和信息化部、中国地震局、国家海洋局、中国气象局等7个部委所属的13个单位参加建设。它的建设将为增强我国空间科技的创新能力奠定获取数据的基础，并将对提升我国空间活动的能力，保障空间活动安全做出重要贡献。探空火箭2011年5月7日7时整，国家重大科技基础设施项目——东半球空间环境地基综合监测子午链(简称“子午工程”)首枚探空火箭在中国科学院海南探空部发射场成功发射。这一试验的成功将为我国自主监测空间环境、保障空间活动安全发挥重要作用。  “子午工程”首枚探空火箭发射成功7时，“天鹰3C”携带鲲鹏一号探空仪，在海南探空部火箭发射场沿北偏西45度方向、87度仰角发射。43秒时，火箭高度升至60公里，火箭转速稳定至约2转/秒，箭头与箭体分离，电场仪伸杆展开；至46秒，火箭高度升至65公里，朗缪尔探针伸杆解锁、展开；215秒达到196公里轨道顶点；420秒，再入大气层，飞行试验结束。目前科学数据正在分析中。 
此次探空火箭试验任务，其运载部分为中国航天科技集团公司所属航天动力技术研究院定型产品天鹰3号C型火箭。其它各系统，包括鲲鹏一号探空仪、发射场、遥测、地面及科学应用系统等，由中国科学院空间科学与应用研究中心研制。 
本次试验搭载的鲲鹏一号探空仪，包括双臂探针式电场仪、大气微量成分探测仪、  探空火箭朗缪尔探针三个科学探测有效载荷以及箭载公用设备、箭上发射系统、姿态测量仪、高动态GPS接收机等设备。其中，双臂探针式电场仪以及由中国、奥地利和意大利合作研制的朗缪尔探针是在我国空间探测活动中首次应用。
“子午工程”是我国“十一五”中期投资建设的一个能够在地面持续运行的、综合性的、跨区域的大型空间环境观测网络。可连续监测地球表面20公里到几百公里的中高层大气、电离层和磁层以及十几个地球半径以外的行星际空间环境参数，将为增强我国空间科技的创新能力，保障空间活动安全做出贡献。[1]通过验收2012年10月23日，我国空间天气和空间环境领域的首个国家重大科技基础设施——东半球空间环境地基综合监测子午链在京通过国家验收，正式投入科学运行。这项工程将大幅提高我国空间天气预报能力，为我国卫星、通信、导航、载人航天等安全运行提供重要保障。[2]
重大意义
子午工程的建成将使中国在空间环境的地基监测方面快速步入有重要国际影响的先进国家之列，在亚洲发挥主导（或中枢）作用几十年。中国卫星的故障40%都与空间环境有关，若故障率下降10%，效益将十分巨大；带给通信、导航、资源、气象、地震、减灾、防灾、GPS应用、电力、生态和人类健康以及国家安全等领域的长期累积效益更是难以计算的。 
子午工程完成后，对于充分发挥中国地域优势，获取气球和卫星都无力探测的低电离层、热层区域的环境数据，了解中国上空空间天气变化规律并进行预报，都有极其重要的科学意义和应用价值。[4]　
子午工程遵循“边建设、边运行、边产出”的原则，已经为神舟八号、神舟九号和天宫一号等国家重大航天发射任务提供了空间环境预报、警报和现报。子午工程的建成，将大幅提高我国空间天气预报能力和服务水平，有力支撑我国空间科学取得重大原创性成果，为提升我国空间活动能力、保障空间活动安全做出重要贡献。[2]
在子午工程的基础上，我国还推动了以我为主的重大国际科技合作——国际空间天气子午圈计划。该计划将中国的子午链向北延伸至俄罗斯，向南延伸到澳大利亚，并将分布于西经60度附近的地面观测台站纳入联网观测，形成了唯一一个能绕地球一周的地基空间环境子午圈。目前该计划已经得到了圈上绝大部分国家的响应。[3]