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空间科学最亮的星刘振兴太空奕星

发布时间:2019-10-09 来源: 责任编辑:责任编辑NO。卢泓钢0469

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编者按

在中华人民共和国建立70周年、我国科学院建院70周年之际,咱们特别推出空间科学“最亮的星”系列文章,以鼓舞新时代的空间科学人,宏扬并承继老一辈科学家精力和家国情怀,科技报国,勇攀顶峰,为建造世界科技强国、空间科学强国写下新的光芒华章!

第四期咱们将要点向我们介绍在空间中心的刘复兴院士。从近地物理到高空大气物理,再到磁层物理、行星际物理,刘复兴在多个专业方向纵横驰骋。其“双星方案”的提出与施行,在我国空间物理的展开中更是具有里程碑式的含义。

本文原载于《我国科学报》2015-04-03,第3版。

2001年7月9日,在巴黎欧空局本部签署“双星方案”后合影。(左起:刘复兴、我国航天局局长栾恩杰、欧空局科学项目部主任D.J.Southwood、欧空局局长A.Rodata)。

1984年,刘复兴在空间科学学会新年座谈会上讲话。

1953年刘复兴(后排左一)与同学合影,前排右一为其兄刘振隆。

刘复兴生于1929年,山东昌乐人。1955年结业于南京大学气候系,分配至我国科学院地球物理研讨所作业。1961年在该所取得副博士学位。之后长时间作业于地球物理研讨所二部、运用地球物理所(国防科委空间物理及勘探技能研讨所、七机部五院505研讨所、中科院空间物理研讨所)、中科院空间科学与运用研讨中心。我国地球空间双星勘探方案首席科学家。长时间从事磁层物理研讨,在地球辐射带理论、太阳风湍流结构、木星磁层磁盘形式、极光区粒子加快、磁层亚暴进程和磁场重联理论研讨方面作出了重要的效果。1995年中选我国科学院院士。

从近地物理到高空大气物理,再到磁层物理、行星际物理,刘复兴在多个专业方向纵横驰骋。其“双星方案”的提出与施行,在我国空间物理的展开中更是具有里程碑式的含义。

艰难曲折的读书进程

1929年9月14日,刘复兴出世在山东省昌乐县营子村一户农家,是一对双胞胎中的弟弟。出世时,他的父亲终年在外做工,当家的是他的爷爷,一位方圆几十里颇有名望的老中医。刘复兴从小就对各类天然现象体现出了激烈的猎奇心与求知欲。每当打雷闪电,他就向奶奶寻根究底关于雷电的来历。在帮母亲喂蚕以及跟大孩子去村前小河抓鱼时,他对蚕与青蛙的发育进程也非常猎奇。从小养成的这种猎奇心,对他后来在科学方面的调查和探究爱好的养成至关重要。

6岁时,刘复兴和胞兄上了本村的小学。1938年1月,日本侵略军侵吞昌乐城,小学被逼吊销,之后他们兄弟俩又在私塾学习了两年。1940年,县教育局派人到村里办起了新式书院,他们又取得读书时机。因运用抗日教材,书院后来被日本鬼子突袭,教师赵立平被捕,书院天然也停了课。后来,他们转到了村里新办的另一个类似于辅导班性质的书院补习此前缺失课程。在此期间,他们阅历了惊魂一劫:有一次,因为日本鬼子大扫荡,母亲带着他们兄弟俩前往姑妈家去流亡。在半道上,他们亲眼见到同行的一位白叟被日本鬼子的流弹击中,当即陨命。多年来,一提起日本鬼子,刘复兴都会恨得咬牙切齿。

1941年下半年,小哥俩考上了离家十几里地的高小。高小校舍的创始人王懿德在青岛运营企业,时常在回乡探视时鼓舞孩子们尽力学习,将来成为国家有用之材。这位王先生为刘家兄弟所敬仰,使他们从那时就树立了一个抱负:好好学习,长大之后成为对国家和社会有用的人才。

高小结业后,因为简易师范(初中层次,下文简称简师)对家庭困难而成果优异的学生有日子补助,他们哥俩都考上昌乐中学就读简师。哥哥上的是总校,刘复兴则上了离家一二十里地的山唐分校。简师的学习并不顺畅,常受日寇打扰,甚至连在教室里上课都难以得到确保。日寇来袭时,我们都带着马扎到树林里去上课。就在这种环境下,刘复兴依然尽力学习。因为成果优异,他每月都能得到52斤小米的奖赏。简师结业后,他们哥俩在家干了一段时间农活,又在邻近的村小学里教了几个月的书。之后,他们又考入潍县师范校园(高中层次)。但没多久,校园因战乱而闭幕,他们又卷起铺盖回了家。

此刻已是1948年,为了持续肄业,他们兄弟俩到青岛投靠父亲,之后进入青岛市辖暂时中学就读。1949年6月,青岛解放,暂时中学随即被兼并入青岛市第四中学。刘复兴的成果在四中依然独占鳌头,每次考试总在前五名之内。1950年,为提早报考大学,他们与几位同学租了一间小阁楼,自学物理、数学等课程,并温习此前所学各科。经过一个多月的尽力,兄弟俩双双考入山东大学物理系。

与刘家兄弟俩一起从青岛四中考入山东大学的一位叫孙世伦的同学上了电机系,经过一阶段学习后,他给刘家兄弟讲了电机系的专业学习状况:面向出产、日子中的实际问题,常做些制图之类的规划。这令兄弟俩逐步心生神往。所以他们以家境贫寒为由请求休学一年,意图是复学后挑选电机系。休学期间,他们哥俩在不同校园各自任教。但复学后,因为校园关于专业调整的方针已变,他们未能如愿调入电机系,带着苦恼,不得已只能从头回到物理系就读。

就在物理系学生选专业时,校园新延聘的青岛观象台台长王彬华为学生作了一场关于鼓舞学生报选气候专业的发动。其时,他们兄弟俩一会儿被“呼风唤雨”的气候学所招引,以为这是一个培育对国家和社会有用人才的好专业,毫不犹豫地挑选了物理系气候专业组。但之后不久,该组就被兼并到了南京大学气候系。

在南京大学气候系就读期间,刘复兴经过吃苦尽力,成果很快就在班级中独占鳌头了,尤其是动力气候学课程。因为成果突出,他被初定为保送赴苏联留学的榜首人选。但因为身为工人的父亲此前有一次在填履历表时,误将自己家庭“成分”填为地主,导致刘复兴在保送赴苏的政审中因“身世”问题而被筛选,只得遗憾结业。

在大师辅导下潜心研讨

1955年,刘家兄弟俩大学结业后就此分隔——哥哥被分配到沈阳中心气候台作业,刘复兴被分配到我国科学院地球物理研讨所任研讨实习员。从此聚少离多。

1957年,刘复兴经过全国统考被选取为地球物理所所长赵九章的副博士研讨生。起先,他的选题方向为近地层大气湍流结构特性。1958年5月,中科院组织了一个包含多学科的西北固沙调查队。在赵九章先生的主张下,刘复兴参加了这次固沙调查。在中科院宁夏中卫沙坡头固沙站,他阅读了该站堆集数年的风沙观测材料,认识到风沙与近地层湍流有密切关系,所以用数据剖析和理论相结合的办法,研讨了沙的传输进程和不同风力与方向状况下沙丘的运动规则。在不到两个月的时间内就写出了关于我国西北风沙问题的两篇研评论文,后经赵九章引荐宣布。这是初次对我国西北的风沙问题进行观测和理论相结合的研讨,对其时的固沙作业有着必定的参考价值。

1958年,我国科学院开端着手预备我国的人造卫星研发作业,为此建立了“581”组。赵九章为首要担任人,依据实际状况,他主张从火箭勘探开端。1959年3月,赵九章将刘复兴调入“581”组,承当火箭勘探数据处理作业。尔后在刘复兴的要求下,其副博士论文由近地层大气物理研讨方向改为高空大气物理方向。赵先生还特别把他引荐给闻名的空气动力学家郭永怀,请其辅导课题研讨。经过近两年的尽力,刘复兴用淡薄气体动力学办法,完成了题为《流星与空间大气相互效果》的副博士学位论文,并得到了郭永怀的好评。

1959年,赵九章依据其时空间物理展开的趋势,在地球物理研讨所建立了磁暴研讨组,并亲身辅导这个组的作业。该组是我国磁层物理学展开的摇篮。

刘复兴研讨生结业今后,在赵九章的安排下,从高层大气组转入了磁暴研讨组,从事磁暴期间地球辐射带改变的研讨。从此,他又从高层大气跨入了磁层物理和太阳风的研讨范畴。

带着地球辐射带研讨的根底,刘复兴于1967年参加了我国榜首颗卫星“东方红一号”空间粒子环境模拟实验的使命,所研讨拟定的空间粒子环境参数规范,对卫星的研发、发射和运转安全起了必定的效果。在此根底上,他撰写了《人造地球卫星环境手册》一书中的粒子辐射部分。

1968年,恩师赵九章含冤逝世,这使刘复兴悲伤欲绝。

次年10月,他随空间物理及勘探技能研讨所到西安作业。其时研讨所首要作业是勘探空间粒子环境,包含地球辐射带和同步高度区粒子环境,为下一步卫星研发供给空间环境数据。他和另一位搭档担任勘探器数据处理和剖析作业。在“东方红一号”卫星上天后不到一年时间内,广阔科研人员活跃尽力,于1971年3月成功发射了科学实验卫星“实践一号”。

从1975年起,刘复兴开端在国内展开太阳风研讨。从太阳风的卫星勘探数据中,他发现太阳风中存在着湍流现象,并且与低层大气的湍流有些相似之处。在这一启示下,他将研讨低层大气湍流的根底和办法,推行到太阳风湍流的研讨中,然后得出了太阳风湍谱的遍及表达式,理论与勘探成果契合得很好。此外,他还提出了太阳风—磁层—电离层—高层大气耦合的概念。

从“刘氏模型”到“涡旋诱发重联”

改革开放后,我国对外沟通的大门翻开,刘复兴于1980年5月至次年9月作为拜访学者赴美国马里兰大学进行木星磁层理论形式等方面的研讨。他依据美国“旅行者”飞船对木星磁层勘探的最新数据,剖析以为木星的快速旋转对木星磁盘结构有着重要的影响,然后提出了一个新的木星磁层磁盘模型。其首要成果载入了剑桥大学出书的《木星磁层物理》一书中,被称为“刘氏模型”。该书主编、美国闻名空间物理学家A.J.Dessler教授如此点评:“这项研讨体现出严重的展开,或许成为这方面的经典著作之一。”

1987年,刘复兴再度赴美半年,先后在阿拉斯加大学、丹福大学、加州大学洛杉矶分校进行拜访、讲学与协作研讨。在此期间他与阿拉斯加大学教授李罗权等协作,提出了磁层亚暴的等效电路模型。该模型用等效电路办法初次考虑了磁层亚暴发作和展开的全球进程,将世界上长时间争辩的两种观念“太阳风直接驱动进程”和“卸载进程”共同起来,解说了磁层亚暴期间磁层和电离层电流体系的耦合进程和改变规则。这项研讨受到了世界同行的高度重视,所宣布的文章被屡次引证。

1986~1988年,刘复兴初次提出了流体涡旋诱发磁场重联(VIR)的新概念,建立了涡旋诱发重联理论模型。他还与协作者将VIR理论运用于能量传输事情(FTE),建立了一个三维的FTE模型。刘复兴将动力气候学中的一些物理现象与磁场重联联系起来进行考虑,从中得到了新的启示,初次提出了流体涡旋诱发磁场重联的新机制,建立了一个新的磁场重联理论,为研讨磁场重联拓荒了一条新的途径。

在1994年举办的世界磁层顶物理学术评论会上,涡旋诱发重联与多X重联模型、单X重联模型共同被公以为通量传输事情的三个根本模型。

翻开中欧空间科学协作之门

1990年11月,刘复兴代表我国科学院空间科学与运用研讨中心向欧空局递交了一份提案。欧空局以为中方在根底研讨方面有必定优势,其科学评审委员会于1992年2月审议经过了中方的提案。该委员会决议赞同我国科学院空间科学与运用研讨中心参加欧空局CSDS体系,约请中方代表到会欧空局于1992年6月17日~19日在荷兰举办的第六次卫星科学作业会议,并评论有关协作事宜。1993年11月24日,我国与欧空局两边在北京正式签署了中欧科学研讨协作协议。

依据协议,中方建立了我国Cluster数据和研讨中心及我国Cluster科学作业队,刘复兴任这两个组织的主任和中方首席科学家。尔后我国Cluster科学数据和研讨中心成为欧空局Cluster科学数据体系的正式成员。这是我国榜初次与欧空局展开规划较大和层次较高的世界协作项目,为今后展开进一步协作奠定了杰出的根底。

现在我国Cluster科学数据中心能够不断取得Cluster 4颗卫星上的勘探数据,这对于我国空间物理研讨发挥着重要的效果。

“双星方案”弈出精彩一局

自从1957年榜首颗人造地球卫星成功发射以来,世界上提出并完成了一系列的空间科学勘探方案。我国是一个空间大国,但还不是空间强国,在空间勘探方面与空间强国比较还有相当大的距离,这正是约束我国空间科学展开的首要因素之一。因而,亟须展开我国的空间勘探和科学研讨,敏捷进步我国空间科学研讨的水平。尽管我国与欧空局Cluster方案展开了协作,但还缺少自主的空间科学勘探与研讨方案。

为此,刘复兴于1997年头提出了地球空间双星勘探方案(简称“双星方案”),其根本主意是将地球磁层最重要的空间区域用两颗卫星掩盖来展开勘探,构成独立的地球空间勘探卫星体系。一起,“双星方案”又与欧空局的Cluster卫星勘探方案表里相互配合,展开地球空间的“六点”和谐勘探。

欧空局对刘复兴提出的“双星方案”非常重视,派出了以科学项目主任为首的代表团于1997年11月拜访了北京,与我国科学院空间中心评论了关于“双星方案”的协作问题。欧空局代表团以为,“双星方案”对Cluster水平的进步是至关重要的,对世界日地方案将会做出重要贡献。1997年11月举办的欧空局Cluster科学作业队会议上,与会的首要研讨者们对“双星方案”非常重视,共同经过与“双星方案”研讨者进行协作。一起,世界空间局和谐组(IACG)也已经过一项议题,将“双星方案”归入世界勘探使命。

“双星方案”中的赤道区卫星“勘探一号”(TC-1)于2003年12月30日在西昌卫星发射中心由“长征二号丙/SM”型运载火箭成功发射,极区卫星“勘探二号”(TC-2)于2004年7月25日在太原卫星发射中心再次发射成功。

地球空间双星勘探方案是我国榜首个空间科学勘探方案,是我方为主的我国与欧空局展开协作的严重世界协作勘探方案。经过“双星方案”的顺畅施行,为我国空间物理研讨取得了很多先进的勘探数据;进步了多点卫星勘探数据的剖析才能,并取得了立异性研讨效果;进步了空间勘探仪器的研发水平;进步了我国卫星技能的研发水平;培育了一支高水平的空间科技队伍;进步了我国在空间物理界的位置和效果。

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