Bau eines „Super-CT“ für den Weltraum: Die Geheimnisse einer Weltraumwetter-„Vorhersagestation“ der Spitzenklasse werden enthüllt

Heute möchten wir etwas über das Meridian-Projekt erfahren, die erste große nationale wissenschaftliche und technologische Infrastruktur im Bereich der Weltraumforschung in China. Vor Kurzem wurde die zweite Phase des Meridian-Projekts, bestehend aus 16 Beobachtungsstationen und 58 Beobachtungspunkten, zunächst abgeschlossen. Zusammen mit der zuvor abgeschlossenen ersten Phase des Meridian-Projekts ist ein zwei vertikale und zwei horizontale „brunnenförmiges“ „Netzwerk“ entstanden, das das gesamte Land abdeckt und derzeit das weltweit größte bodengestützte umfassende Weltraumumgebungsüberwachungsnetzwerk darstellt. Man kann sagen, dass es sich um ein wahres „Skynet“ handelt. Seine Mission besteht darin, die Prozesse und Gesetze der Veränderungen des Weltraumwetters aufzudecken und die Qualität der Weltraumwettervorhersage zu verbessern. Einer der wichtigsten Inhalte dabei ist die Erfassung der Ionosphäre.

News-Link: Was ist „Weltraumwetter“?

Was ist also „Weltraumwetter“ im Vergleich zu „Wind, Regen, Donner und Blitz“ auf der Erde? Hier ist eine kurze Einführung. In der mittleren und oberen Atmosphäre oberhalb der Stratosphäre, 30 Kilometer über dem Boden, wird die Weltraumumgebung durch die Sonnenaktivität beeinflusst und unterliegt drastischen Veränderungen. Diese kurzfristige Veränderung, die durch die Sonnenaktivität verursacht wird, wird als „Weltraumwetter“ bezeichnet.

Als Ionosphäre bezeichnet man insbesondere die hohe Atmosphäre in einer Höhe von etwa 60 bis 1000 Kilometern über der Erde. Unsere tägliche Kommunikation, Übertragung, Navigation und Positionierung sind untrennbar mit diesem Bereich verbunden. Die Ionosphäre ist „von Natur aus unruhig“ und enthält eine große Anzahl frei geladener Teilchen. Manchmal kommt es plötzlich zu Störungen, die den Funkverkehr am Boden erheblich beeinträchtigen. Das Erfassen und Überwachen „jeder Bewegung“ winziger Elektronen im Weltraum in Hunderten bis Tausenden von Kilometern Entfernung ist so, als würde man versuchen, eine Kerze in Hunderten von Kilometern Entfernung mit bloßem Auge zu beobachten. Sie können sich vorstellen, wie schwierig das ist. Eines der wegweisenden Geräte des Meridian-Projekts, das in diesem Jahr gebaut wurde, das Sanya Incoherent Scattering Radar in Hainan, beherrscht diese wichtige Kerntechnologie. Es handelt sich zudem um das weltweit fortschrittlichste bodengestützte Gerät zur Ionosphärenerkennung.

mein Land hat die weltweit fortschrittlichste bodengestützte Ionosphären-Erkennungsausrüstung gebaut

CCTV-Reporter Ren Meimei: Jetzt sind wir an der Unterseite der gesamten Radaranlage angekommen, wo wir die unter jeder Antenneneinheit angeschlossenen Komponenten sehen können. Diese Komponenten sind das Herzstück des Radararrays und können Signale senden und empfangen.

Experten zufolge wird die Energie konzentriert und die Leistung größer, wenn 8.320 Einheiten unter einheitlichen Anweisungen elektromagnetische Wellen in die Luft in die gleiche Richtung aussenden.

Zhang Ning, Ingenieur am Institut für Geologie und Geophysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften: 8320 Komponenten können starke Energie in die Ionosphäre abstrahlen, die dann schwache Echosignale streut. Dann können wir durch rauscharme Verstärkung und Wellenformkodierung und -dekodierung die schwachen Streusignale analysieren, die Parameter der Ionosphäre ermitteln und den Zustand der Elektronen und Ionen in der Ionosphäre für Wissenschaftler wie ein Mikroskop vergrößern.

Je höher die Höhe, desto dünner und schwieriger ist es, Elektronen in der Ionosphäre zu erkennen. Derzeit beträgt die internationale ionosphärische Erfassungshöhe mehrere hundert Kilometer. Das Sanya-Inkohärentstreuradar, das weltweit größte und leistungsstärkste Phased-Array-Inkohärentstreuradar, hat die Erfassungshöhe der Ionosphäre auf Tausende von Kilometern erhöht.

Darüber hinaus erreicht es mit seiner Erkennungsgenauigkeit und Empfindlichkeit international führendes Niveau und kann Änderungen in feineren Partikeln wie Plasma erfassen. Seit seiner Inbetriebnahme hat das inkohärente Streuradar von Sanya erstmals die Profilstruktur der ionosphärischen Plasmahöhle mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung beobachtet und damit eine solide Grundlage für die Durchführung entsprechender physikalischer Forschungen gelegt.

Le Xin'an, Forscher am Institut für Geologie und Geophysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften: Am Hauptbahnhof Sanya verfügen wir über Sende- und Empfangsfunktionen. Es gibt zwei Empfangsstationen in Danzhou im Nordwesten der Insel Hainan und Wenchang im Nordosten, die ein inkohärentes Streuradarsystem mit „einer Sende- und drei Empfangsfunktionen“ bilden. Es kann einfach als ein „Super-CT“-Raum verstanden werden, der der gleichzeitigen Aufnahme von drei CT-Schnitten entspricht, um den dreidimensionalen Zustand der gesamten Raumumgebung besser überwachen zu können. Das inkohärente Streuradar von Sanya stellt einen bedeutenden Durchbruch in der bodengestützten Technologie zur Erkennung der Weltraumumgebung in unserem Land dar und schließt eine Lücke in der groß angelegten bodengestützten Ionosphärenerkennungsausrüstung unseres Landes.

Darüber hinaus ist das Sanya-Inkohärentstreuradar als Hochleistungsradar auch eine ideale Signalquelle für andere Radioastronomiegeräte. Es hat vor Kurzem mit gemeinsamen Beobachtungen mit Chinas Sky Eye (FAST) und dem Sichuan Daocheng Circular Array Solar Imaging Radio Telescope begonnen und bereits eine Reihe erster Ergebnisse erzielt. Es wird davon ausgegangen, dass das inkohärente Streuradar von Sanya die Überwachungsmöglichkeiten des Mondes und kleiner Himmelskörper weiter ausbauen wird.

Das kreisförmige Solar-Radio-Bildgebungsteleskop hat am 27. September den Prozesstest bestanden. Das Teleskop ist eines der wichtigsten Geräte der zweiten Phase des Meridian-Projekts (Quelle: Video-Screenshot).

Die zweite Phase des Meridian-Projekts wurde zunächst abgeschlossen und ging in den gemeinsamen Inbetriebnahmebetrieb über

CCTV-Reporter Ren Meimei: Im Nationalen Weltraumforschungszentrum der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Huairou, Peking, haben wir auch Array-Lidar mit großer Apertur, ein interplanetares Szintillationsüberwachungsteleskop usw. gesehen, allesamt ikonische Geräte der zweiten Phase des Meridian-Projekts. Wir haben erfahren, dass im Rahmen der zweiten Phase des Meridian-Projekts der Bau von 195 Geräten zur Weltraumwetterüberwachung abgeschlossen wurde.

Wang Chi, Mitglied der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und Generalkommandant der Phase II des Meridian-Projekts: „Bei der Phase II des Meridian-Projekts befinden wir uns derzeit in einer Phase umfassender Fehlerbehebung, gemeinsamer Tests und Probebetriebs.“ Wir streben an, die nationale Abnahme im nächsten Jahr abzuschließen und offiziell in die Betriebsphase einzutreten.

Das Meridian-Projekt ist die erste große nationale wissenschaftliche und technologische Infrastruktur im Bereich der Weltraumforschung Chinas. Mit dem Bau der ersten Phase des Projekts wurde 2008 begonnen, und die offizielle Inbetriebnahme erfolgte 2012. Dabei wurden ein vertikales und ein horizontales Netzwerk, 15 umfassende Stationen und 87 Überwachungsgeräte entlang des 120. östlichen Längengrads und des 30. nördlichen Breitengrads errichtet. Es wurden eine Reihe origineller Ergebnisse beim Verständnis der Eigenschaften der erdnahen Weltraumumgebung der 120°-Meridiankette meines Landes, der Ausbreitung und Entwicklung von Weltraumwetterstörungen usw. erzielt.

Mit dem Bau der zweiten Phase des Projekts wurde 2019 begonnen. Dabei kamen 16 neue Stationen, 58 Beobachtungspunkte und 195 Überwachungsgeräte hinzu. In Abstimmung mit der ersten Phase des Projekts wird entlang des 100. östlichen Längengrads und des 40. nördlichen Breitengrads ein umfassendes, das gesamte Land abdeckendes, bodengestütztes Überwachungsnetz für die Weltraumumgebung in Form von zwei vertikalen und zwei horizontalen „Brunnen“ eingerichtet, das eine größere Abdeckung, eine höhere Erfassungshöhe und stärkere Überwachungsmöglichkeiten bietet.

Wang Chi, Mitglied der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und Generalkommandant des Meridian-Projekts Phase II: „Nach der Meridian-Projektphase II nehmen einige unserer „Hardcore“-Produkte international eine führende Position ein.“ Beispielsweise ist das Ring Array in Daocheng das Sonnenradioteleskop mit der größten Apertur der Welt. Ein weiteres Beispiel ist das Helium-Lidar, das über eine 6-Meter-Blende und Allwetter-Erkennungsfähigkeit für die mittlere und obere Atmosphäre verfügt. Seine Ortungsfähigkeit erreicht 1.000 Kilometer und stellt damit den höchsten Wert aller uns bislang bekannten internationalen Geräte dar.

Zusammen mit Phase I wird es das weltweit größte bodengestützte Weltraumumgebungsüberwachungsnetzwerk bilden

Die zweite Phase des Meridian-Projekts übernimmt die Designarchitektur „eine Kette, drei Netzwerke und vier Schwerpunkte“ und realisiert zum ersten Mal die umfassende, mehrstufige und dreidimensionale Erfassung der solar-terrestrischen Weltraumumgebung über meinem Land.

Die „eine Kette“ bezieht sich auf die solar-interplanetare Überwachungskette, die eine Allwetter-Überwachungsmöglichkeit der solar-interplanetaren Erde bildet; zu den „drei Netzen“ gehören das geomagnetische Überwachungsnetz, das Überwachungsnetz für die mittlere und obere Atmosphäre und das Überwachungsnetz für die Ionosphäre, die eine „Panoramaüberwachung“ durchführen; Die „vier Schwerpunkte“ beziehen sich auf die „mikroskopische“ Erkennung der vier Regionen mit besonderen und starken Weltraumwetterstörungen und Sphärenkopplung, nämlich den Polen der Erde, den nördlichen mittleren Breiten, den niedrigen Breiten Hainans und dem Qinghai-Tibet-Plateau.

Wang Chi, Mitglied der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und Generalkommandant des Meridian-Projekts Phase II: Das Meridian-Projekt Phase II fügte die Überwachung der Quelle der Weltraumwetteraktivitäten hinzu – der Sonne – und schuf so eine End-to-End-Überwachung der Weltraumumgebung von der Sonne bis zur Erde. Dies ist das erste und einzige Weltraumumgebungsüberwachungssystem der Welt, das eine End-to-End-Beobachtung des gesamten Sonnen-Erde-Raums ermöglicht.

Es wird davon ausgegangen, dass in der ersten und zweiten Phase des Meridian-Projekts in Zukunft bis zu 44 Typen und fast 300 Instrumente zum Einsatz kommen werden, die in der Lage sein werden, gleichzeitig die Chromosphäre, die Korona, den Sonnenwind, die Magnetosphäre, die Ionosphäre, die mittlere und obere Atmosphäre bis hin zur unteren Atmosphäre abzudecken.

Wang Chi, Mitglied der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und Generalkommandant der Phase II des Meridian-Projekts: „Indem wir uns auf die technologischen Grenzen der Welt konzentrieren, können wir Antworten auf die Frage finden, wie sich die Sonnenaktivität auf die Weltraumumgebung der Erde auswirkt.“ Um den wichtigsten nationalen Bedürfnissen gerecht zu werden, kann es Datenunterstützung für die Verbesserung der Genauigkeit von Weltraumwettervorhersagen bereitstellen und den sicheren Betrieb einer Reihe nationaler Weltrauminfrastrukturen und Hightech-Einrichtungen in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Kommunikation und Navigation gewährleisten.