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发布日期：2024-06-18 作者：开博
1998年秋，在北京西山召开的一场空间物理计谋钻研会上，20多位中国顶尖空间物理学家如火如荼地会商我国空间科学的成长近况。
大师提到一个要害问题：中国有一流的科学家，却没有一手的空间科学数据，不管是空间科学、空间手艺仍是空间利用都掉队在各航天年夜国。
在场合有人如鲠在喉，配合呼吁：“中国必需有本身的空间科学卫星。”
随后，空间物理学家、中国科学院院士刘振兴等人以加倍果断的决心，加倍尽力地将一个斗胆的假想酿成实际——用两颗科学卫星完成对地球空间的多点探测。
2004年，在中国科学家与欧洲科学家的配合尽力下，我国首个空间科学卫星打算——地球空间双星探测打算（以下简称“双星打算”）成功实行。从此，中国人有了本身的空间科学卫星，中国空间科学的新纪元由此开启。
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“双星打算”在轨示意图。
双向奔赴
1997年11月，时任欧洲空间局（以下简称欧空局）空间科学部主任罗格 博奈带着一众科学家来到中国科学院空间科学与利用研究中间（现为中国科学院国度空间科学中间，以下简称空间中间），查抄欧空局“星簇打算”（Cluster）中的中国科学数据中间扶植环境。他们和中国科学家们坐在一路，为生不逢辰的“星簇打算”出谋献策。
“星簇打算”是欧空局在1983年提出的科学卫星探测打算，方针是用4颗卫星星座在极轨轨道上飞翔，对地球磁层空间进行实地探测。1990年11月，刘振兴向欧空局申请插手“星簇打算”卫星科学数据系统，在我国扶植科学数据与研究中间，1992年2月该提案取得经由过程。
不幸的是，1996年“星簇打算”搭乘的法国阿丽亚娜V型火箭在发射数十秒后爆炸，4颗卫星全数陨灭在火光当中。1997年，心有不甘的欧空局重启“星簇打算”，科学数据中间的扶植也再度提上日程。
在此次来访时代一次会议上，中欧两边科学家各自陈述现有工作和将来假想。刘振兴的陈述讲到了“双星打算”。
“双星打算”是由刘振兴等专家在1997年牵头提出的一个科学卫星探测打算构思，预期用一颗环抱赤道四周飞翔的卫星和一颗极轨卫星，对地球磁层进行探测。这一打算对准那时地球空间最具挑战性的科学问题——磁层空间暴驱动和触发机制的全球多时空标准的物理进程。
听完陈述，欧空局代表团忽然提出休会要求，他们堆积到楼道里，低声交换了一会儿。等大师从头回到会场，罗格 博奈举手扣问：“我们能不克不及插手你们的‘双星打算’？”
本来，欧空局“星簇打算”里的4颗编队飞翔卫星之间距离不远，从宇宙中看，它们几近仍是在地球极轨上环抱的一个“点”。假如可以或许介入“双星打算”，欧方科学家不单能取得赤道面的信息，还能取得极轨面较低轨道的信息，对地球空间展开多达六点的探测。
对中国科学家来讲，这是一次可贵的机遇。那时我国还没做过专门的科学卫星，假如与欧空局合作，将有机遇取得更高程度的科学探测载荷、进修到更成熟的手艺和空间科学卫星打算工程治理经验。
两边一拍即合，立即在北京签订了“双星打算”与“星簇打算”合作的协议书。
2000年4月，经原国防科工委和中国航天科技团体调和，肯定将“双星打算”的整体使命交由中国空间手艺研究院（即中国航天科技团体公司五院），空间中间负责地面利用系统和卫星载荷系统的扶植、设计和研制。2001年7月9日，中国国度航天局和欧空局在法国巴黎正式签订中欧“双星打算”合作和谈。2002年9月，原国防科工委、原国度计委、财务部结合向中国科学院、中国航天科技团体印发通知，正式核准“双星打算”立项。按照“双星打算”工程使命分工，卫星系统由航天东方红卫星有限公司负责。
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1997年11月，欧空局空间科学部主任一行拜候空间中间，签订“双星打算”与“星簇打算”合作的协议书。
手艺挑战
顺遂告竣合作，中方团队劲头实足。但对那时从未发射过科学卫星的中国而言，每步都得“摸着石头过河”。
原国防科工委和中国科学院集结诸多顶尖气力，打造了一支“王牌战队”，为“双星打算”保驾护航。中国科学院院士、“两弹一星”功劳奖章取得者王希季担负工程总设计师，卫星节制系统“年夜拿”倪行震担负工程副总设计师，“双星打算”的提出者刘振兴担负工程首席科学家，时任空间中间副主任吴季担负地面利用系统总师、总批示、中欧合作总调和人。
“双星打算”的两颗卫星别离被定名为“探测一号”和“探测二号”，共配备了16台科学探测仪器，笼盖多项空间情况和物理参数的探测，此中8台由空间中间研制、7台由欧空局供给，剩下的1台由两边合作研制。
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“双星打算”的两颗卫星。
“双星打算”为中国科学家带来了史无前例的三重挑战。
一是卫星本身的磁场节制问题。假如要周详丈量动态转变的地球磁层，必需将卫星本身磁场强度节制在很小的数值规模内。距离卫星概况2.5米处，卫星发生的磁场不克不及年夜在1.5纳特斯拉。这是此前从未实现过的指标。
二是卫星概况电位节制问题。为了确捍卫星携带的科学载荷能精准获得低能段探测数据，卫星需要配备自动电位节制仪，经由过程释放金属铟粒子，把卫星的电位节制在1伏特以下。
三是数据传输问题。两颗卫星都要沿年夜卵形轨道运行，卫星与地面领受站的距离转变很年夜，这就需要设计出一个变速度的数据传输方案，包管卫星在运行轨道的任何位置都能靠得住高效地将数据传送回地面。
那时，我国在空间科学探测装备的研制上没有太多经验，一些科学探测仪器只在低轨的景象形象卫星上运行过，从未进入过地球辐射带承受卑劣空间情况的考验。颠末不懈的攻关，科研团队完成了使命。2002年6月，在空间中间的尽力下，国内有用载荷、公用装备经由过程卫星整体验收，7月在中国空间手艺研究院进行整星剩磁测试。
“虽然那时我们良多仪器和手艺的程度与国际存在差距，但经由过程和欧空局合作，我们不竭重视本身的不足，这对我们的帮忙很年夜。”回想起那段岁月，再对照我国此刻的科学载荷研制程度，吴季不由感伤，“‘双星打算’现实上是一个出发点，让我国的空间探测快速提高到国际程度。”
联调风浪
在中欧两边均完成本身载荷研制使命后，“双星打算”迎来国际合作的要害一步：配合完成有用载荷预集成测试，确保中方研制的载荷数据治理系统能与欧洲供给的科学载荷顺遂对接。
按照合作和谈，欧方研制的仪器数据要先传到中方研制的卫星平台装备上，再集中打包发送至地面。但是，因为两边的仪器装备制式分歧，想要领受到对方的旌旗灯号，就得设计专门的接口，让仪器和平台装备之间实现自由“通话”。
但是，在“双星打算”的结合调试（以下简称联调）进程中，产生了一场风浪。
2002年9月16日，空间中间组织“双星打算”赴欧联调尝试队一行20多人，远赴英国帝国理工学院，进行“双星打算”欧洲载荷预集成测试。吴季任队长，时任空间中间空间综合电子手艺研究室主任孙辉先、时任“双星打算”利用系统副总设计师蔡金荣任副队长。
动身时，大师意气风发，预备年夜展身手。可刚到帝国理工学院，就被泼了“冷水”。欧方感觉中方人数太多，只答应几小我进入尝试室。无奈之下，其余的科研人员只能在咖啡厅焦虑期待。
没过两天，联调出了问题。中欧两边的仪器毗连起来后，旌旗灯号没法传输和领受。两边对比数据接口文件，把各自装备里里外外查抄了好几遍，都没有发现问题。
双方的仪器都合适尺度，为何“通话”会掉败呢？
就在两边束手无策之时，孙辉先要来了对方的电路图，从密密层层的图纸上看出了眉目。他会意一笑：“我知道问题出在哪儿了！”
中欧两边的研究人员禁不住围聚过来，孙辉先注释了旌旗灯号欠亨的缘由，尔后放置人员将接口电路板中变压器的一根接地线断开，中欧两台仪器的旌旗灯号公然顺畅接通了。
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2003 年，中方科研人员在英国验收欧方科学载荷。
大师这才大白，本来中方团队依照欧空局供给的数据接口文件设计了仪器，但欧空局调剂了文件内容，却没有和时奉告中方。
“乌龙”事务后，欧方团队对中方科学家的专业性有了信赖。当晚，他们美意招待中方团队。尔后，中方科学家也能够自由进出尝试室了。
更让合作者赞叹的是，中国科学家仅用1个月就完成了本来需要3个月乃至半年才能完成的联调工作。从2002年9月16日到10月10日，中方团队在英国不但美满完成了全数对接尝试，并且向欧方揭示了中国科学家的专业和高效。这是中国科学院第一次以年夜型尝试队的组织情势赴欧洲进行航天高手艺范畴国际合作，欧方团队形容此次合作“超乎平常的成功”。
“两边成立起信赖后，合作很是和谐。”孙辉先说。
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2002年，“双星打算”赴欧洲联调竣事后，尝试队与欧洲合作火伴合影。
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解决联调的要害问题后，“双星打算”进入正样阶段，两颗卫星行将交付。这是全部卫星研制最重要的期间。但是，2003年春季爆发的“非典”疫情打乱了研制的进度。加入“双星打算”的科研人员一向苦守岗亭，大师只有一个方针——按时候、保质量完成研制工作。
依照打算，欧空局科学家要在4月底将他们的有用载荷带到北京验收。为不受国内疫情隔离政策的影响，包管验收环节按打算进行，帝国理工学院一名科学家提出，请中方人员到他们的尝试室验收，再把仪器装备带回中国。2003年5月，中方团队应邀到英国伦敦对欧方研制的“探测一号”5台有用载荷进行单机验收和仪器操作培训，并顺遂带回所有欧洲研制的正样装备。
接下来，还要进行“探测一号”正样有用载荷的联调。那时，固然“非典”疫情已获得初步节制，但世界卫生组织还没有消除对赴北京观光者的旅游正告。面临重要的项目进度，时任欧空局空间手艺与研究中间项目司理博多 格莱姆科和时任德国宇航公司工程师罗兰德 诺德向各自机构许诺“自行承当一切风险”，自动来北京加入联调。
7月初，联调顺遂竣事。“中外研究人员进行了小型庆贺勾当，共克时艰的非凡履历让两边的合作加倍紧密亲密。”常常回想起这段履历，吴季总不由得如许感伤。
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2003年，欧方科研人员在中国完成装备联调。
2003年12月30日，“探测一号”由长征2C/SM运载火箭发射升空。
2004年7月25日，“探测二号”由长征2C/SM运载火箭发射升空。
发射成功后，颠末在轨成功测试，两颗卫星陆续顺遂交付利用。我国“双星打算”既能完成地球空间的自力探测，又能与欧洲“星簇打算”调和探测，实现了人类汗青上初次对地球空间的六点调和探测。
吴季至今记得，“探测二号”发射成功时，他正代表中国加入国际空间研究委员会（COSPAR）的理事会会议。得知喜信后，他写了张字条递给那时已担负COSPAR主席、正在主席台上的罗格 博奈。后者很是兴奋，立即向全场公布：“欧空局和中国合作的‘双星打算’第二颗卫星成功发射！”
全场掌声雷动。从那一刻最先，中国人具有了本身的空间科学卫星，中国空间科学正式走上国际舞台。
舞台中心
2007年10月14日，原打算运行24个月的“探测一号”完成任务，现实在轨运行46个月；2008年8月7日，原打算运行18个月的“探测二号”也完成了任务，现实在轨运行48个月。两颗卫星都延寿运行，获得的数据量也翻番。
“双星打算”两颗卫星在轨运行时代，共向地面传输科学数据超500GB，领受超70万条探测打算指令，平均2到3分钟就可以履行一条指令，且从未呈现履行毛病、丢掉或禁绝时的问题。
2004年3月至2009年2月时代，科研人员基在“双星打算”获得的探测数据，共颁发高程度论文百余篇。
“‘双星打算’与‘星簇打算’实现了人类汗青上初次对地球空间的六点调和探测，很是有益在研究磁层亚暴进程。”时任“双星打算”科学工作委员会副主席、“双星打算”地面利用系统科学利用分系统副主任设计师曹晋滨院士评价称。
2006年，刘振兴提出了亚暴触发进程的“锋面触发”理论，并在COSPAR学术年夜会上宣读。国际闻名空间物理学家麦克弗伦评价：“中国粹者操纵双星的数据，对如斯主要的科学问题进行研究并获得了一些主要的新功效，我特向他们暗示强烈热闹的庆祝。我诚心但愿大师对这项研究的下一步进展赐与存眷。”
和谐的国际合作和丰富的科学产出，促使“双星打算”与“星簇打算”结合团队在2010年取得了国际宇航科学院（IAA）的卓异团队成绩奖。这是我国第一次取得国际航天范畴的主要奖项，此前取得该奖项的还美国航天飞机团队、哈勃空间千里镜打算团队等空间项目团队。同年，“双星打算”取得国度科学手艺前进奖一等奖。
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2010年，“双星打算”与“星簇打算”结合团队部门获奖成员在在捷克布拉格进行的IAA颁奖典礼上。
更主要的是，作为中国首个空间科学卫星打算，“双星打算”为我国后续空间科学研究的治理模式、合作体例等奠基了根本。
“在‘双星打算’中，我们发现，空间科学卫星项目要实现既定的科学方针，就需要对轨道设计、载荷设置装备摆设和科学数据产出等各环节有严酷的划定，既需要首席科学家挑年夜梁，在具体的操作进程中，又需要工程总设计师和工程治理组调和落实。”吴季说，正因如斯，“双星打算”成立了“首席科学家+工程总设计师+工程治理组”的工程组织治理系统，成为我国后续空间科学卫星工程的通用模式。
他们还试探出空间科学卫星国际合作的规范化路径。“合作初始，因为两边治理体例分歧，前期对接坚苦重重。后来，两边按照合作和谈成立了手艺调和会议轨制，每半年开一次手艺调和会，别离在北京和欧洲进行，卫星工程人员和载荷工程师一同会商，在手艺上彼此撑持，毫无保存，力争将问题‘抹杀在摇篮里’。”吴季说。
以“双星打算”为出发点，中国空间科学卫星打算正在走向世界舞台的中心。中国科学院在2011年启动计谋性先导科技专项“空间科学”，在2018年启动该专项第二期，成为我国迄今为止最年夜的空间科学卫星打算。“悟空”“实践十号”“墨子”“慧眼”“怀柔一号”“太极一号”“夸父一号”“爱因斯坦探针”……这些年，一系列赫赫有名、不竭开辟空间科学新范畴的卫星陆续升空，让我国空间科学功效屡屡取得国际存眷。
中国空间科学卫星的国际合作经验也从“双星打算”延续至今。现在，中欧合作的“SMILE”空间科学卫星探测打算正在研制当中，打算在2025年发射，估计将获得太阳风与地球磁层彼此感化和地球空间爆发生、成长转变进程的年夜量数据，有望延续取得更新人类常识图谱的新发现。
(受访者、空间中间供图)
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