月亮遮擋太陽形成的日全食不僅景象壯觀，同時也是科學家觀測日冕的絕佳機會，但這樣的機會少之又少。日前，我國科學家提出了一種新的觀測模式，即到太空中利用地球的遮擋形成另類“日食”，實現對日冕的高精度、長時間觀測。
提出這個奇思妙想的年輕科學家，就是中科院空間環境態勢感知技術重點實驗室研究員羅冰顯。
“他研究生就在這兒讀，現在已經成長為后輩中的領軍人物了。”中科院國家空間科學中心空間環境研究預報室主任劉四清介紹說，“在引進的同時，我們非常重視本土人才的培養和能力提升。”
記者在采訪中發現，該實驗室充滿活力，同時又具有良好的研究基礎和保障條件，能夠為我國航天事業和國防建設提供一流的服務。
保障航天與國防安全
國防領域有一個重要方向叫空間態勢感知，主要包括對空間目標的探測、跟蹤、識別以及對空間事件的評估、核實與環境監測預報，是應對空間威脅、確保空間安全的重要基石。
唯有具備較強的空間態勢感知能力，才能確保后續空間攻防行動有效展開。因此，以美國為首的軍事大國正積極開展空間態勢感知能力建設，以此為基礎引發的空間安全博弈勢必成為未來軍事對抗的前沿。
“空間環境態勢感知是國家的重要需求。”劉四清表示，作為戰略高技術領域重點實驗室，空間環境態勢感知技術重點實驗室有明確的國防需求。
她進一步解釋說，感知涉及探測、認知和應用，而這正是空間中心空間環境部的三個重要方向。空間環境部下設空間環境探測研究室、空間環境研究預報室、臨近空間環境研究室。
空間環境探測研究室是我國天基空間環境探測領域的開創者和引領者，致力于發展國際一流或領先的天基載荷技術及其數據分析處理方法，為空間環境或空間天氣、氣象和海洋環境的監測、研究和預報提供一手數據，支撐空間物理研究、航天保障、氣象和海洋環境監測預報。
空間環境研究預報室，主要面向國家航天活動對空間環境安全保障的需求，開展空間環境及其預報技術研究，提供空間環境預報服務。
臨近空間環境研究室則瞄準國家臨近空間開發利用的重大戰略需求，致力開展20～200公里臨近空間探測技術、應用和應用基礎研究，特別關注臨近空間飛行器面臨的環境問題，以提升我國臨近空間資源的利用水平。
在劉四清看來，信息的認知必須完整才能應用，而要有認知、預報，就一定要有前期的探測作為基礎；反過來，探測的目的也是為了“知”和“用”。這是一條有機的鏈條，環環相扣。
“我們在這幾個方向都有自己深入的研究和發展，但是在技術能力等方面還是有欠缺的，很多還要繼續去做。”她說，“新的需求很迫切，希望我們聯合在一起，提升能力，形成合力，為國家的需求，主要是航天和國防安全做好保障。”
空間環境研究先行者
這里距離北京100公里、廊坊20公里，即使離最近的鎮子——韓村鎮也有6公里。
就在這“前不著村后不著店”的荒郊野外，坐落著我國第一個針對臨近空間環境研究建設的觀測站，這也是國際上首個可重部署臨近空間大氣綜合探測站。
2010年3月，空間中心瞄準國家臨近空間開發利用的重大戰略需求，成立了臨近空間環境研究室，專門開展臨近空間環境探測技術、應用和應用基礎研究，特別關注臨近空間飛行器面臨的環境問題。
“我們終于可以打破以前只能借用國外的探測數據進行研究的局面。”臨近空間環境研究室主任胡雄說，“我們開展的是一個新的學科方向，整個研究室和觀測站都是新建立起來的，很多人都為此付出了許多。”
作為臨近空間環境研究的先行者，他們建立了國際首臺車載鈉層測風測溫激光雷達、車載3070激光雷達、可重部署中頻雷達、可重部署流星雷達、國內首臺大氣重力波成像儀等先進探測設備，建立了國際上首個可重部署臨近空間大氣綜合探測站，建立了車載信息服務平臺、數據同化預報系統、掩星科學反演系統，研發了我國首個探空火箭GNSS降落傘探空儀、主動膨脹落球，實現了臨近空間環境參數的綜合探測、信息處理和信息服務能力。
“任何應用都離不開環境。”胡雄表示，從科學研究到工程應用，對環境的探測、預測、預報、變化規律研究的需求越來越大、越來越現實。
上世紀90年代初，我國決定開展載人航天活動。為確保載人航天活動的空間環境安全，空間中心依托于空間環境研究預報室，成立了我國首個業務化運行的空間環境預報中心，開創了我國空間環境預報的歷史。
“我們研究室的成長伴隨著載人航天的發展歷程。”劉四清告訴記者，他們的業務從無到有，先后研制了數十種空間環境預報模式和空間環境效應分析模型，逐步發展形成了集數據收集處理、模式運行、預報分析和產品發布為一體的空間環境預報技術系統，形成了覆蓋太陽、行星際、磁層、電離層、熱層等區域關鍵空間環境要素的事件、指數和參數模式預報能力。
其中，他們提出的三維動態非對稱全球磁層頂模式被國際同行評價為至少過去十年里該領域最重要的進步，并被國際上著名的應用最為廣泛的Tsyganenko系列地磁場模式最新版本所采用。
空間環境探測研究室則發端于我國第一個在軌空間環境探測項目——“實踐一號”，半個世紀以來，它承擔了載人航天、探月工程、北斗工程、氣象衛星、自主火星、“雙星計劃”、SMILE計劃等國家重大工程或重點項目的110多顆衛星400多臺載荷的研制，國內同類載荷占比超過95%。
為國家戰略需求時刻準備
應載人而生，為載人貢獻。多年來，讓劉四清和她的團隊一直引以為自豪的是：“在載人航天工程中，我們雖非主力但卻不可或缺。”
作為載人航天工程空間環境保障分系統，在載人航天三步走的發展戰略規劃部署下，依托空間環境研究預報室先進的空間環境預報模式研究成果，實驗室制定了空間環境預報和評估標準，設計預報保障產品，完成了載人航天第一步和第二步的空間環境保障服務。
神舟一號發射前，實驗室團隊預測1999年11月18日是獅子座流星暴最強的時候，而這一天正是原定的發射日期。最終，指揮部采納了實驗室的建議，將發射日期推遲了兩天，這是我國航天史上首次因空間環境原因改變發射計劃。
從神舟一號至神舟十一號和貨運飛船，從天宮一號到天宮二號，歷次發射任務都避開了太陽質子事件。伴隨小衛星試驗在他們提供的地磁平靜期順利完成，交會對接試驗和天宮一號再入預報的空間環境參數預報準確有效，航天員出艙時段的空間輻射環境安全……近20年來，實驗室成功地為國家重大航天工程和軍事活動提供了空間環境保障服務。
“以載人航天保障服務經驗為基礎，我們還開展了探月工程和空間科學先導專項的預報保障任務，使得空間環境預報保障進一步向深空探測和空間科學探測領域拓展。”劉四清補充說。
未來，他們還將為空間站建設、運營和科學試驗以及重大航天操作順利實施提供全生命周期的空間環境預報保障。
相比之下，距地面20~ 200公里、介于航空范圍與航天范圍之間的臨近空間較少被關注，曾一度被稱為“忽略層”。可實際上，臨近空間的研究為有關航天與臨近空間飛行器的環境安全提供了理論基礎和有力保障，具有重要的應用價值。
“我們的車輛開出去，到指定的地方進行探測，有了數據后就可以進行預報，以支撐臨近空間飛行器的研制和驗證實驗。”胡雄自豪地說，“有了我們的數據保障，他們的飛行實驗才有意義。”
令胡雄欣慰的是，目前，集探測技術、數據分析、理論研究和應用于一體的臨近空間環境研究體系已經形成，為我國臨近空間環境研究、臨近空間飛行器的安全運行提供有力的理論和技術支撐。
空間環境探測、空間環境預報、臨近空間環境，都是國家新的需求萌生的新領域，空間環境態勢感知技術重點實驗室把這些相關力量集中起來，解決國家需求。“或許我們的工作不會迎來鮮花和掌聲，但我們會為未來的國家戰略需求默默準備著。”胡雄說。■