美国引领空间天气科学发展的目标

　　这里以美国为例，展望未来10年空间天气科学会如何发展。

　　2004年1月14日，时任美国总统布什发布了总统令——《探索精神的复兴：美国空间探索远景规划》。这是一个新的国家空间计划，其基本目标是“通过有力的空间计划推进美国的科学、安全和经济发展”。为此，美国宇航局（NASA）制定了2006～2016年的战略计划，确定的六个战略目标之一，就是将空间探索重新作为人类空间飞行计划的重点，制定平衡的科学、探索和航空总体计划。

　　这其中，日球层物理作为未来10年空间科学的四个科学领域（地球科学、行星科学、日球层物理和天体物理）之一，也确定了战略子目标——认识太阳及其对地球和太阳系的影响。它包括三个层面的内涵：“影响日地空间天气变化的基本物理过程”，“人类的生活、技术系统以及行星居住条件如何受太阳变化的影响”和“发展预报极端、动态空间天气的能力，使载人和非载人探测器的安全性和成果最大化”。

　　美国宇航局在一份报告中指出：这些认识不但代表了这个时代的伟大学术成就，而且能为将来利用和探索空间提供背景知识和预报能力。美国宇航局的战略计划在描述这一目标时写到：“人类的生命与太阳的活动关系密切，太阳的变化严重影响地球上生命的生存。太阳亮度的长期变化造成了冰川纪；11年太阳活动周期造成的强耀斑和日冕物质抛射影响地球、干扰通信和导航、威胁宇航员的生命、毁坏卫星、造成电网故障。对太阳活动性及其对太阳系影响的研究将为非载人和载人探索提供安全保障。科学家对日地关系中物理学的认识仅仅是初步的，还需要进一步理解太阳内部深处的发电机效应，探测炙热的太阳大气层的复杂结构，从太阳到跟踪地球、太阳系的复杂响应。通过这些工作，人们将更深入地认识一些问题，如太阳如何影响人类和太阳系。作为一个越来越依靠空间技术的社会，空间天气对人类的危害越来越明显，因此，认识并降低空间天气对人类的危害效应迫在眉睫。为此，美国宇航局的目标是要通过从整体上研究太阳、日球层以及行星环境这一系统，认识理解并预报空间天气。为了实现这一目标，美国宇航局将通过研究并理解空间环境——从太阳到地球到其他行星或更远至星际介质的基本物理过程，开拓空间天气预报的前沿。”

　　这些表述说明，提升空间天气保障能力、降低危害效应是空间天气科学的主攻战略任务。

　　美国宇航局为实现总统令关于“认识太阳及其对地球和太阳系的影响”这一基本目标，将实施一项由多卫星计划组成的“太阳—太阳系关系大观测台”计划，为空间天气提供卫星运行支持。自2006年之后已发射4颗卫星：Hinode（与日本联合研究太阳磁场）、STEREO（主要研究日冕物质抛射三维成像）、AIM（研究目标是中层高纬冰的高空大气物理）和THEMIS（研究亚暴极光），另外还有9颗在计划中。其中的旗舰计划是Solar Probe，它将是人类第一个发射飞到离太阳几个太阳半径的太阳近前去观测、揭秘太阳和空间天气变化的太阳探测器，计划于2015年发射。

　　美国宇航局通过空间运行任务处（SOMD）来保证地球和飞船间的通信能力和监测载人空间飞行机组人员的安全健康，该处2009年度的经费预算高达58亿美元；在基础研究这一块，除政府、大学和研究所通过各种计划、项目来支持基础研究外，美国基金会也开始计划和支持5000万美元左右的小卫星计划。美国政府的空间天气预报是通过国家海洋大气局（NOAA）以及美国空军来推进的。美国气象服务和支撑研究联邦协调办公室为应对对空间天气条件敏感的那些有关国家安全和国家经济的天基和地基技术系统会遭到的破坏和损失，正在建议和推动一个跨部门的有关极端空间天气（SWX）的十年框架计划，向实时、精确和可靠的观测、建模方向发展。空间天气已开始成为美国国家安全的一个保障单元。这些情况说明，空间天气与人类社会的发展关系密切，直接关系国家重大利益，它作为一种国家行为受到美国政府高度重视。

　　保障能力是空间天气领域的制高点

　　人类社会的发展越来越依赖空间技术。未来10年，上千颗卫星将在空间运行，空间技术将惠及每个人，成为普及的高技术。空间（太空）是无国界的第四疆域，人们关于国家安全的概念将从领海、领空和领土安全拓展到空间（太空）安全，没有空间安全就很难有领土、领海和领空的安全，空间的竞争将会愈演愈烈。在这种态势下，为人类空间活动保驾护航的空间天气科学在保障社会经济平稳运行和国家空间安全方面的社会功能将日益凸显出来，围绕空间天气保障能力建设的竞争也将十分激烈。

　　这是一项系统工程，它是探测能力、创新能力、建模与预报能力和应用服务能力的综合集成，是空间天气科学争相攀登的制高点。它如同其他高科技领域一样，只有当前期投入使人们对空间天气的认知能力和以此为基础的保障能力快速提升到达一个“阈值”——基本满足社会需要，空间天气科学带给社会发展、科技进步和空间安全的重大效益才会凸显出来。人们知道，减少或避免一次空间灾害性天气事件的损失，比如一个卫星的失效或严重的通信干扰所导致的金融、减灾、救灾良机丢失等的损失都将以数百亿计，远大于对空间天气科学多年的投入。类似于唐山、汶川这样的地震灾害，若能避免一次，再高的投入也将远小于损失！我们应该用科学发展观把眼前的利益与长远的利益加以科学的结合。我们应当有忧患意识，未雨绸缪，防范在先！

　　为实现我国空间天气保障能力进入国际先进行列而努力

　　未来10年是国家建设创新型国家的关键时期，也是我国发展空间天气事业最佳的历史机遇期，为此，建议我国空间天气发展战略的基本目标是：大力加速我国数字化近地空间保障体系建设，实现进入国际先进水平之列的跨越发展，初步满足国家发展航天、通信、导航、载人航天和空间安全等高技术领域的需要。为实现此战略目标，重点应加强四个能力建设：发展空间天气全球整体行为的监测能力、提升空间天气研究的创新能力、增强空间天气集成建模与预报能力和拓展空间天气效应与服务的应用能力。在2030年前实施夯实基础、跨进前列和引领发展的三步走战略计划。最终，让空间天气科学成为减少或避免空间灾害发生，为社会经济发展、科技进步和空间安全谋利益的福祉科学。

　　为实现我国空间天气保障能力在未来10年的跨越发展，应下大决心快速提升持续获取关键区域、关键数据的天基地基探测能力。我国尚没有以自主观测为基础的、监测从太阳到地球的空间天气全球整体行为变化的天地一体化的观测体系，关键数据源对国外的依赖性很高，这在很大程度上制约了我国空间天气科学的发展。从目前情况看，加速推进“夸父”空间天气探测卫星计划和在国家重大基础设施“子午工程”基础上加速建设空间环境综合监测网（或称子午工程二期），就是抓住了我国空间天气保障能力建设的核心。前者是空间天气科学发展的主导，它既是我国空间天气科学与应用的“加速器”，也是人类地球家园空间安全的“守护神”，是引领国际、国内空间天气科学持续发展的具有里程碑意义的重要事件之一；后者是提升空间天气建模和预报能力，构建我国空间天气保障能力的基石。因此，积极推进“夸父”计划和空间环境综合监测网建设，不仅关系提升我国空间天气科学自主原创的科学水平进入世界先进行列，更关系早日构建我国空间天气保障体系这一重大战略目标的实现。

　　此外，从起步开始有一个好的国家体制和机制十分重要。当前可以从成立空间天气计划协调小组做起，加强协调、统一和权威，少走西方国家已经走过的分散、重复的发展弯路。这样到2020年我国空间天气科学就能实现第二次跨越发展，可望用20～30年的时间走过西方国家50年才走完的发展历程。

　　我们希望未来10年有一个国际化的空间天气组织专门致力于推进全球的空间天气保障服务体系建设，为世界的和平、进步服务。中国的空间天气事业将实现第二次保障能力的跨越发展，与我国从空间大国向空间强国迈进的步伐协调发展，最终为空间天气科学是惠及一切事、一切人的理念的实现作出中国应有的贡献。