王赤:在空间科学前沿勇闯"无人区" 为国家发展贡献科研力量

面向深空探测和航天强国建设,空间科学既是认识宇宙规律的重要窗口,也是保障航天器安全运行与通信导航稳定的关键支撑。

如何更加准确地刻画太阳活动与地球空间环境的耦合机制,如何构建自主可控、精度更高的空间天气数值模型体系,如何形成覆盖广、分辨率高、可实时服务的监测网络,成为我国空间科学从“跟跑”到“并跑”乃至“领跑”必须回答的现实课题。

长期耕耘在空间物理与空间天气前沿的中国科学院院士王赤,正是在这一“问题导向”下持续推动原创研究与工程能力协同突破的代表之一。

从科学问题看,太阳风作为来自太阳的带电粒子流,主导着太阳系空间环境演化,对地球磁层、电离层与高层大气产生持续影响。

进入外日球空间后,太阳风的速度、能量及组成会发生怎样的变化,带电粒子与星际中性成分如何相互作用,曾是国际空间科学界关注的前沿方向。

早在博士阶段参与“旅行者二号”等相关研究时,王赤便注意到观测事实与传统理论预期之间存在差异:按传统模型推演,太阳风传播到外日球空间后速度应基本保持,但实际观测显示存在明显减速现象。

面对“理论解释不了观测”的难题,他提出太阳风带电粒子与中性成分相互作用的新理论方法,并据此构建太阳风多元模型,为解释外日球太阳风减速提供了新的路径。

更重要的是,该模型还能反演星际空间氢原子密度等关键物理量,为人类理解日球层边界与深空环境提供科学依据。

从原因层面分析,我国在空间科学领域起步较晚,长期以来在模型、算法、观测链路与关键设备等方面存在不同程度短板。

以太阳风—磁层相互作用为例,本世纪初我国尚缺乏能够自洽描述相关过程的物理模型,国际上虽有开源模型可用,但精度与分辨率难以满足高可靠空间天气预报和工程应用的需求。

与此同时,随着航天活动日益频繁,卫星星座规模扩大、载人航天与探月探火任务持续推进,空间天气对在轨航天器、电力通信系统以及导航定位服务的影响更加突出,这些现实需求倒逼科研从“解释现象”走向“预测与服务”。

在此背景下,王赤带领团队瞄准高精度三维全球模型建设,坚持长期攻关,通过十余年积累形成自主数值模型,并不断引入软X射线等重要参数以提升对关键过程的刻画能力。

相关成果使我国成为少数具备自洽数值模拟太阳风与磁层相互作用能力的国家之一,也为从“能看见”到“能算准”提供了可持续迭代的技术底座。

从影响看,自主模型能力提升的意义不止于科学论文或单点突破,更体现在国家空间安全与重大工程任务保障上。

空间天气预报越接近真实情形,对卫星轨道维护、通信链路调度、导航精度修正乃至载人任务风险评估的支撑就越直接。

尤其在深空探测逐步向更远、更复杂环境拓展的过程中,空间环境从“可参考的经验变量”变为“必须量化的工程约束”,高精度模型与连续观测网络的结合,将成为提升任务可靠性的重要抓手。

由此也可以理解,为何空间科学不仅要“看得更远”,也要“算得更准”,更要“用得更好”。

对策层面,国家重大科技基础设施建设为“监测—建模—预报—应用”闭环提供了关键支撑。

作为我国空间科学领域的重要基础设施,子午工程以沿东经100度、120度与北纬40度、30度“井”字形布局的台站网络,形成覆盖中国区域的高时空分辨率空间环境地基监测能力,为航天器发射与在轨运行通信导航保障、空间天气建模与预报能力提升提供数据支撑。

自2008年工程启动起,王赤即作为团队骨干参与建设,2019年子午工程二期开工后担任总指挥,推动在关键技术与设备上实现更多自主突破。

其中,北方中纬高频相干散射雷达网等设备面向电离层等离子体漂移等关键参数观测,针对传统雷达精度与灵活度不足的问题开展自主研制,体现了以需求牵引、以工程牵引促科研突破的路径选择。

前景方面,空间科学与深空探测的竞争,本质上是长期积累能力体系的竞争:既包括基础理论与原创方法,也包括观测网络、算力平台、数据体系与工程化能力,更包括面向未来的复合型人才供给。

1月27日,中国科学院大学星际航行学院正式成立,聚焦星际推进、深空通信导航与空间科学等前沿领域,意在培养兼具扎实功底、战略视野与家国担当的紧缺人才。

王赤作为该学院人才培养专项负责人之一,折射出我国空间科学发展进入“科研—工程—人才”协同推进的新阶段。

可以预期,随着探月工程四期、“微笑”卫星等重大任务持续推进,空间天气监测与预报能力将进一步向高精度、强耦合、多源数据融合方向发展,基础研究与应用服务的边界也将更加紧密,推动我国在更大尺度上参与国际深空科学合作与规则塑造。

从实验室的理论突破到工程现场的技术转化,从单点创新到系统能力提升,王赤院士的科研轨迹印证了"把论文写在祖国大地上"的深刻内涵。

在建设航天强国的道路上,正是这样一批科学家以"板凳甘坐十年冷"的坚守,推动中国航天事业不断突破认知边界。

当仰望星空时,我们看到的不仅是璀璨群星,更是一代代航天人用智慧与汗水铸就的科技丰碑。