[刘振兴简介]

　　空间物理学家。山东昌乐人。1955年毕业于南京大学气象系。1961年获中国科学院地球物理研究所副博士学位。中国科学院空间科学与应用研究中心研究员。中国地球空间双星探测计划首席科学家。长期从事磁层物理研究，在地球辐射带理论、太阳风湍流结构、木星磁层磁盘模式、极光区粒子加速、磁层亚暴过程和磁场重联理论研究方面做出了一些重要的新结果。提出的木星磁层磁盘模式，被认为是主要的木星磁盘模式之一。首次提出流体涡旋诱发磁场重联的新概念，建立了涡旋诱发重联（VIR）理论，开辟了研究磁场重联的新途径。在VIR理论基础上，又建立了一个通量传输事件(FTEs)模型，能解释通量传输事件的产生机制和结构特性。VIR理论被认为是当前主要的三个瞬时重联模型之一。

　　1995年当选为中国科学院院士。

　　刘振兴院士做客“科学在线”谈“双星会师”

　　[主持人]：

　　今天很高兴请到刘振兴院士到我们网站就最近发射的探测二号卫星的情况以及去年发射的探测一号，这次二号上去以后，和一号在空间会师。所以今天谈论的主题叫做双星会师。为什么叫双星会师，下面请刘先生把双星计划的主要内容先介绍一下。

　　[刘振兴]：

　　双星计划的全名是地球空间双星探测计划，我们简称双星计划。双星计划是我们国家第一次以我们自己提出的探测计划开展国际合作的重大空间探测项目。双星计划包括两颗卫星，一颗就是进入近地赤道区卫星。按序列来讲，我们叫做探测一号。另一颗叫做极区卫星。这两颗卫星密切配合形成具有创新和特色的一个独成体系的探测计划。和我们合作的欧空局的探测卫星是星簇卫星，它包括着四颗卫星。这四颗卫星与我们的相配合，可以说是第一次形成了地区空间的六点探测。

　　双星上面有哪些探测仪器呢？每颗卫星有8台探测仪器。就是说赤道区卫星上有8台，极区卫星上也有8台。实际上第一颗卫星上欧空局研制的仪器有5台，中科院空间中心研制的有3台，一共8台。第二颗卫星也是8台仪器，但是欧空局研制的是两台半，我们研制的是五台半，为什么是半呢？因为其中有一个是创新仪器，中性原子成像仪。这个是合作研制的，一家一半。所以探测二号上他们两台半，我们五台半。

　　双星计划的主要科学目标是什么呢？第一，主要是利用这两颗卫星探测近地磁层主要的活动区，研究磁层空间暴发生的机理和变化的过程。第二，建立磁层空间暴的理论模型。在这两个基础上提出磁层空间暴的预报模型和方法。目的就是为保障航天活动、空间军事活动的安全，提供科学数据、科学依据和防护对策。

　　[主持人]：

　　这个计划是什么时间提出来的？

　　[刘振兴]：

　　这个计划是1997年1月份提出来的，提出来以后，这个计划第一次公布于世是在香山会议，我在香山会议上第一次谈到了这个双星计划。当时科技部有关领导基础司都去听了，当时感觉这个计划很好，受到很大的关注。后来就透露到外面去了，欧空局大约6月份知道我们提出一个双星探测计划，当时它非常重视。7月份来信说我们想派代表团来谈谈合作，1997年11月份派出11人代表团，都是欧空局的。

　　[主持人]：

　　这个计划是由科技部牵头做的？

　　[刘振兴]：

　　开始是科技部非常关心这个事。我报告完以后，欧空局代表团表示我们非常愿意和中国的双星计划合作，当时就签了合作意向书，那是1997年11月23日。

　　[主持人]：

　　2003年12月30日发射的探测一号，和这次发射的探测二号，它们的任务是什么？互相之间有什么联系？

　　[刘振兴]：

　　因为探测一号是赤道区卫星，它主要是探测赤道区磁层空间暴发生的重要区域。赤道区储存的带电离子和能量。因此，这两个卫星必须密切配合，才能了解磁层空间暴的全球过程。正像一个人两条腿一样，探测一号是左腿，极区卫星是右腿，这两条腿必须联合配合起来，才能了解磁层空间暴的全过程。所以它们必须得密切配合，各有各的任务，但是这两个是密切联系的，必须紧密配合才能实现我们的最终目标。

　　[主持人]：

　　探测一号已经运行7个月了，现在的近况如何？获得了一些什么数据？

　　[刘振兴]：

　　探测一号在2003年12月30日发射以来，已经半年多了。总的来说，卫星平台运行良好，星上的各项有效载荷正常，整个地面系统数据接收绝大部分数据都接收下来了，这出乎我们开始的预料，原来预料这么大的数据能不能接收下来，这个问题讨论了很长时间，但实际上我们现在接收的数据远远大于我们开始预期的数据，接收的很好。另外，整个数据系统联络畅通，因为欧洲还有接收站，他们那里也接收，各台仪器数据来回传送。我们分两个流，一个数据流，一个指令流。指令流就是往卫星上发指令，因为我们仪器上去以后，现在两个月的时间是要测试，看这个仪器的性能怎么样，如果仪器有什么问题我们在下面就发指令进行修正。另外我们还有探测计划，就是卫星在运行过程当中，它有主要活动区，一旦卫星进入主要活动区时我们要加密探测。咱们科学运行计划随时要发指令，我们提出指令需求发给西安测控中心，由西安测控中心发到卫星上。另外，探测一号和星簇卫星配合的非常好。

　　[主持人]：

　　双星会师以后，这项技术难度在什么地方？或者在技术上有什么创新？它们会师以后将会获得哪些科学数据？

　　[刘振兴]：

　　双星遇到了一些我们国家过去所有的卫星没有掌握的技术，主要表现三点。第一，卫星剩磁，因为卫星是一个磁体，卫星都是带有磁性的。剩磁表示卫星本身带有的磁场。双星很重要的一项探测仪器就是探测空间的磁场，如果卫星的剩磁很强，它探测的不是空间的磁场，而是卫星的磁场，所以这个剩磁要非常低。低到什么程度呢？距离卫星表面2.5米处，它的剩磁不能大于1.5个NT。这个指标过去我们是绝对达不到的。海洋卫星为什么延期？就是因为剩磁太高，这是一个技术，过去没有达到的。第二，要求卫星表面等电位，卫星任何两点之间的电位差不能大于1伏。为什么呢？如果有电位差，卫星就要放电。电位差实际上就是电压。如果卫星有电位差就有电场了，如果有电场，那这些粒子就受到干扰，影响它的正确性。说老实话，包括国外，很多低能的粒子测不准，就是因为卫星上的电场。这是过去没有遇到过的技术。第三，粒子辐射很强，这两颗卫星到了地球上空有辐射带，辐射带是什么意思呢？这个地区很多高能的带电粒子。这些粒子会对卫星产生不同的干扰，不同能量的粒子产生的故障还不一样。因此，防辐射的技术就提到议事日程上来。我们这颗卫星必须要防辐射，这是一个很重要的技术。火箭方面，我们要求它打的高度，以前要求腾空高度是36000公里，这次第一次就提到要达到70000公里，翻了一番，这也是过去没有达到的。所以可以这样说，双星上有很多项新技术，这些新技术我们过去没有接触，通过双星，基本上达到了我们预定的技术指标。从而提高了卫星和火箭的技术。一项好的科学探测计划可以带动高技术的发展，包括卫星、火箭等等技术。

　　[主持人]：

　　双星会师后，首次实现人类历史上对地球空间的六点立体探测。您能不能解释一下什么叫六点立体探测？

　　[刘振兴]：

　　欧空局的星簇卫星包括4颗卫星，我们双星是两颗，按卫星数来讲是6颗，这样形成六点探测。星簇卫星还有一个特点，它这4颗卫星是同一个轨道，星簇卫星还没有提出这样的计划，这四颗卫星根据科学目标的要求，它的距离还可以不断地调整，有的是远，有的是近。它的特点就是能探测小尺度的结构，分辨时空变化。但是光小尺度还不行，我们这两颗卫星一上去形成六点探测，就是六颗卫星在不同的地方探测。好处是什么呢？它能探测过去难以探测的多空间层次，还有空间和时间的尺度，这样就可以探测很多数据，这些数据对研究空间是非常重要的。根据近几年的发现，磁层空间是发生在十个地球半径，一个地球半径等于6237公里。卫星开始设计是6万多公里，后来看着还行，现在实际达到8万公里。以前就是36000公里，一下子翻了一番还多。

　　[主持人]：

　　为什么要和欧空局合作，而不和航天技术比较发达的美国和俄罗斯合作？

　　[刘振兴]：

　　和欧空局合作有一个背景，实际上在1991年我就已经开始和欧空局星簇计划进行合作了。但是当时我们只是研究分析，我们既没有卫星，也没有探测仪器，因此，那个合作，人家是老大，我们是老小，即使这样，人家也非常看得起我们。星簇计划有一个故事，现在放上天的星簇计划不是第一个，是第二个，第一个失败了。1996年6月4日，它利用阿丽亚娜卫星火箭发射失败，这四颗卫星报废了，惊动了整个国际。失败就是因为一个软件出了问题。阿丽亚娜70亿美元，努力十年。这是一个很大的波折。所以我们和欧空局有密切的关系，他信任我们。1997年来谈双星计划时，我们双方的合作非常成功。第二，很主要的原因就是星簇计划的需求。因为远地点都比较远，当时设计时并没有意识到磁层空间近距离，意识到以后，这个区域恰恰是它不能覆盖的，因为它的卫星远，探测不到近处。到1997年，已经合作六七年了，所以有良好的合作关系。后来又有需求，又对双星计划进行合作。我总结是这样的，我们是互利互惠、优势互补、强强联合的合作。不是说谁补充谁，各有各的优势。这个双星和欧空局的合作在21世纪的科学史上有重要意义。为什么没有与美国合作？美国根据目前的状况，不可能和中国进行战略合作。为什么和俄罗斯也不行呢？由于经济的限制，它没有很多的探测计划。现在双星合作研究，我们院里已经和俄罗斯科学院签定协议了。

　　刘振兴院士向网友介绍“双星计划”

　　[主持人]：

　　双星会师以后有一项任务就是探测地球空间暴发生规律，地球空间暴是怎么回事？对人类有什么影响？

　　[刘振兴]：

　　地球空间暴这个名词还是我归纳出来的。地球空间暴包括五个暴，磁层空间暴，磁层空间暴有三个，磁层亚暴、磁暴、磁层粒子暴。到下面还有电离层暴，中高层大气上还有热层暴。这五个暴，磁层空间暴这三个暴是引起地球间暴很重要的原因。什么叫地球空间？地球空间包括磁层、电离层和中高层大气。核心是地球空间暴，空间暴下面就是空间天气，空间天气主要内容就是地球空间暴。地球空间暴对人类的影响，因为地球空间是当前各种应用卫星空间站、载人飞船等主要活动区域。粒子暴就像不同能力的粒子一旦暴发以后，沿着极区就贯下来了，一直贯到电离层。这些不同能量粒子会对卫星产生各种各样的故障，比如引起卫星带电。有的粒子叫做单粒子干扰，对计算机进行反转，1变成0，0变成1，就乱套了。另外，电离层一旦发生爆发干扰，通信中断。热层暴一发生，在热层的区域，温度突然升高，密度突然增加，对卫星的轨道引起极大的摇动。美国有一个空间实验室，就是因为经常发生热层暴，它的密度大大增加。密度一增加，就增加了卫星的阻力，卫星的阻力降低，轨道就下沉。

　　[主持人]：

　　迄今为止大概有6千多起卫星故障，当中有40％是和空间暴有关的。

　　[刘振兴]：

　　就是和空间暴有关系。至于对人类生存环境的影响，我认为也有影响。空间暴爆发以后，能量很强的粒子就会下来，甚至到达地面上，辐射到人体上。和人类生存环境有关系，不过目前对这方面还没有引起足够的重视。我相信今后会对这方面重视。

　　[主持人]：

　　这次主要就是针对空间暴做工作的。

　　[刘振兴]：

　　不光是卫星，地面系统也有破坏，一旦磁暴强，在地面引起强烈电流，对输电系统也会有破坏性。在加拿大就有输电系统被破坏。但是我们纬度比较低，相对还好一些。不光是空间，地面系统也破坏。甚至和人类生存环境还有影响，但需要今后进一步研究。比如强磁暴时，人的心脏系统，我感觉有影响。我相信强磁波使心脏病人病情加剧。

　　[主持人]：

　　双星计划不论是从技术难度，执行的科学任务都是比过去难度大多了。应该说这次双星会师是国内外科研机构大协作的一个成果。但是现在也不能不看到，在市场经济竞争很激烈的情况下，肥水不流外人田情况还是存在的。这样就严重影响到我们的科研水平和质量，您怎么看待这个问题？

　　[刘振兴]：

　　双星国际合作主要是和欧洲。这是一个国家项目，各个科学研究机构都参加研究，共同研究成功。我在和欧洲合作过程当中，就认识到这个问题。实际上任何的国际合作，说穿了都是以自己的利益为基础的，以自己得到得好处为基础的。根据这次计划，我总结出来，对我们国家没有任何的坏处，只有好处。主要有几点：第一，目前欧洲研究的那些仪器都是我们国家目前技术条件上不能实现的。欧空局一来，大大提升了我们双星计划的水平。第二，通过这次合作，提高了我们的技术，培养了人才，这是非常重要的。因为欧洲这些仪器，我在国内培养两个人，一个是科学专家，一个是技术专家，通过这次计划，把他们的水平都拿来了，提高了我们国家研制仪器的探测水平。这个仪器是国际上最先进的，提高了我们的技术，人家没有偷我们的，我们恰恰学到了很多东西。第三，通过合作，取得了有些他们设计的材料都无保留的给我们，这些材料设计的图纸什么的都给我们了，这些东西用钱是买不着的。第四，他们投入将近1亿，也节省了我们的经费。第五，缩短了我们的研制周期。总结一下，我们这项合作，对我们是极大有利的。同时欧空局通过这次合作，他们这四颗卫星与我们两颗卫星相配合，用他们自己的语言来讲，也提高了他们的科学效益。因为通过这次合作，我们两颗星获得了4颗星的数据。另外星簇计划还有地面系统，这些数据我们也可以拿来，可以说我们学到了东西，节省了经费，提高了国际地位。通过这次合作是互利互惠，如果说你没有优势，光从人家那儿拿东西，人家从你这儿拿不到一点好处，谁也不愿意这样合作。

　　[主持人]：

　　就国内本身来说，现在的科研协作精神是比过去强了还是差了？

　　[刘振兴]：

　　我感觉我们国内的合作存在一些问题，不是推心置腹的合作，可以说是低水平的重复，弄得差不多，水平都不高，存在这个问题。一买了先进的仪器，他看你买了，我也买，结果弄一大堆先进仪器，利用率不高，钱也花了，存在这样的问题。就双星来讲，可不是这样。下一步进入真正科学研究。下一步积极发动有关单位研究员的力量。我已经制定出计划，提出了研究目标，我们是共同为这一目标。

　　[主持人]：

　　下一步我们整个空间目标主要方向是什么？在二三十年内。

　　[刘振兴]：

　　二三十年内主要目标，第一，从太阳到地球的空间，我们要有一个发展。每一个五年计划我们都要有探测计划。在关键性问题上要有突出进展，我们要在国际上站有一定的地位，产生一定的影响。另外就是月球，月球探测现在也启动了，在月球探测方面，绕月探测着陆返回，要完成这个目标。我最近也提出，希望在2020年以前，我们应该发射一颗环火星卫星。

　　[主持人]：

　　您这个名字很容易让人联想到振兴中华，您这个名字在您求学和从事科研生涯的半个世纪当中，这个名字是否对您起到潜移默化的鞭策、鼓舞和激励作用？

　　[刘振兴]：

　　我原来不叫振兴，是叫刘振亨。老师说这个名字叫着叫着变味了，应该改一改。他给我选了两个字，一个就是兴，我说我选一个兴吧。我哥哥和我是双胞胎，他叫刘振隆。至于说在整个工作过程当中，我并没有多考虑这个名字。名字只是一个人的符号，一说刘振兴就知道是我。

　　[主持人]：

　　您半个世纪的科研生涯当中，体会最深的是什么？

　　[刘振兴]：

　　我上学的时候培养我奋发图强的精神。做科研工作，一个要有奋发图强的精神。一个是刻苦钻研的精神。很重要一点就是不要怕困难。还有一点就是要有创新思想意识。科研工作重在新。这是我最主要的体会。

　　[网友]：

　　据我所知，近期太阳黑子活动很剧烈，如果真是这样，这对双星探测工作可是一个难得的机遇，对此是否已经取得相关研究成果？太阳黑子的剧烈活动会不会对探测活动产生影响？

　　[刘振兴]：

　　太阳活动期间，我们希望获得大量的数据。二三月份的探测，我们已经取得这方面的数据。就是太阳活动，特别是日冕物质扩散，我们观察到了日冕物质扩散对磁层的影响。我们还研究太阳活动对地球空间暴发生有什么影响，我们已经探测到了这方面的数据。我们正在进一步研究。但是反过来说，如果影响的太大，爆发的太强，能不能破坏我们的仪器，这是值得考虑的。因此，强的时候，我们要关机。为了保护仪器不受损害，马上发指令暂时关机。如果仪器不怕，我们尽量测量。

　　[网友]：

　　双星的设计寿命是多少年？

　　[刘振兴]：

　　一般卫星都有寿命，比如说星簇只有两年，你定个时间，在这个时间卫星正常就是完成了任务，超过了这个时间就超额完成了任务。我们的双星任务，探测一号是一年半，探测二号因为比探测一号晚发射一年，所以它是一年。但是这并不等于说你设计的这个时间就一定到这个时间。双星在设计寿命以外还能进行探测。

　　[网友]：

　　我们和欧空局合作，数据共享是怎么实现的？我们怎么知道他们给我们的数据是真实的探测数据？

　　[刘振兴]：

　　双星计划是我们国家做的，因此，欧洲的仪器探测的数据无条件的，它的所有数据一定要归到我们中国。现在我们那里成立一个双星数据中心，所有数据一定要返回数据中心，我有指挥权，他们是受我的领导。这是我们国家出的钱，一定要保证，这是没问题的。双星的全部数据都要拿到我们这里。但是国外的研制单位都有数据的使用权。星簇的4颗卫星的全部数据，我们全部都能拿到。比如说高分辨率的数据，现在还不能公开，只能供我们研究使用，不是说谁要就能给的。

　　[主持人]：

　　今天非常感谢您在这么热的天里给我们的网友上了一堂，既有科学意义，又有很多科学知识，对当前双星计划说得非常清楚，实际上是一次非常好的科普报告。欢迎您以后再来。