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参与研发首颗人造卫星
2022年02月12日
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空间物理学家刘振兴
参与研发首颗人造卫星
  “涡旋诱发重联理论”获中国科学院自然科学一等奖证书。
  1984年,刘振兴在空间科学学会春节座谈会上发言。



  从1958年进入研制人造卫星的“581组”,刘振兴开启了他学术生涯的新篇章,在赵九章安排下,他跨入了磁层物理和太阳风的研究领域。刘振兴最早在我国开展太阳风研究,他走出国门,不断参与学术交流,其学术成果获得国际公认。
转入磁暴研究组,从事磁层物理和太阳风研究领域
  1958年5月17日,毛泽东主席在中共中央八大二次会议上指出:“我们也要搞人造卫星。”1958年8月,中国科学院“581组”成立,由钱学森任组长,赵九章任副组长。“581组”的成立标志着我国卫星研制的开始。
  在我国人造地球卫星研制过程中,赵九章提出了“中国发展人造卫星要走自力更生的道路,要由小到大、由低级到高级”等重要建议,领导开创了利用气象火箭和探空火箭进行高空探测的研究,探索了卫星发展方向,筹建了环境模拟实验室和开展遥测、跟踪技术研究,组建了空间科学技术队伍。
  1959年3月,刘振兴被赵九章调入“581”组,承担火箭探测数据处理工作。此后在刘振兴的要求下,其副博士论文由近地层大气物理研究方向改为高空大气物理方向。赵九章还特地把刘振兴推荐给著名空气动力学家郭永怀,请其指导课题研究。
  经过近两年的努力,刘振兴用稀薄气体动力学方法,完成了题为《流星与空间大气相互作用》的副博士学位论文,并得到了郭永怀的好评。
  1959年,赵九章根据空间物理发展趋势,在地球物理研究所成立磁暴研究组,并亲自指导工作。该组是我国磁层物理学发展的摇篮。刘振兴研究生毕业后,在赵九章的安排下,从高层大气组转入磁暴研究组,从事磁暴期间地球辐射带变化的研究。他又从高层大气跨入了磁层物理和太阳风的研究领域。
  刘振兴院士在2007年9月25日“中国地球物理学会成立60周年暨纪念赵九章先生诞辰100周年”纪念活动上发言时讲道,赵九章高瞻远瞩,在国际上磁层物理和太阳风研究刚起步时,就提出磁暴组的主要研究方向是磁暴分析和理论研究、地球辐射带研究等。他说:“现在看起来,当时赵先生提出的这个研究重点,仍是当前国际上磁层物理研究的重要前沿领域。”赵九章通过磁暴组的工作,培养了以刘振兴为代表的一批科学家,后来成为了我国地球空间科学研究领域的学科带头人。
恩师劳动改造中离世,一年半后“东方红一号”升空
  “文革”开始后,1966年10月,赵九章在学术研究界被边缘化。同时,一向不问政治的刘振兴也开始受到冲击。但为了刚刚起步的中国空间科学事业,为了完成赵九章布置的科研任务,刘振兴带着地球辐射带研究成果,于1967年参加了我国第一颗卫星“东方红一号”空间粒子环境模拟试验的任务,所研究制定的空间粒子环境参数标准,对卫星的研制、发射和运行安全起了一定的作用。在此基础上,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年春,受“文革”冲击,刘振兴作为“资产阶级反动学术权威”的典型代理人,被迫中断了心爱的研究事业,被下放到北京郊区,负责养猪进行劳动改造。在这里,他再次遇到了导师赵九章。赵九章白天下地干活,晚上接受批斗,或者赶写交待。面对导师的遭遇,刘振兴看在眼里,痛在心里,既不敢怒,也不敢言,只能相遇时投去宽慰的目光,只能在宿舍内暗自伤心流泪。1968年10月10日晚,赵九章在写完他一生中的最后一份检查后,走进卧室,把平时一粒一粒攒下的几十粒安眠药全部倒进嘴里……
  恩师赵九章先生的去世,使刘振兴悲伤欲绝。他心里默默祈祷着:“先生走好。先生的嘱托,什么时候才能实施?先生未竟的事业,什么时候才能成功……”
  1969年,为了保证中国第一颗人造地球卫星“东方红一号”的研发,刘振兴被调离农场,再次回到了地球物理研究所磁暴研究组,重新潜心研究心爱的空间科研事业。
  1970年4月24日,中国第一颗人造地球卫星“东方红一号”发射成功,全世界为之瞩目,这是中华民族的创造智慧和拼搏精神所凝结而成的一颗“明星”。而此时,中国卫星之父、中国科学院地球物理研究所所长赵九章,已含冤去世整整一年半的时间。
将底层大气湍流方法 推广到太阳风研究中
  1970年10月,刘振兴随空间物理及探测技术研究所西迁转到西安工作。当时研究所的主要工作是探测空间粒子环境,包括地球辐射带和同步高度区粒子环境,为下一步卫星研制提供空间环境数据。他和另一位同事负责探测器数据处理和分析工作。在“东方红一号”卫星上天后不到一年时间内,1971年3月,科学试验卫星“实践一号”成功发射。
  从1975年起,刘振兴开始转入理论性研究,他是最早在我国开展太阳风研究的人。从太阳风的卫星探测数据看,太阳风中存在着湍流现象,而且与低层大气的湍流有些相似之处。在这一现象的启示下,刘振兴将研究低层大气湍流的基础和方法,推广到太阳风湍流的研究中,从而得出了太阳风湍流的普遍表达式,理论与探测结果符合得较好。在高层大气、磁层和太阳风的学习和研究过程中,刘振兴又逐渐认识到太阳风、磁层、电离层和高层大气之间有密切的耦合关系,写出了题为《太阳风—磁层—电离层和高层大气耦合及其对低层大气的影响》的论文,并在1979年我国第一次空间物理学术会议上作了报告。而当时在国际上还未见到对太阳风、磁层、电离层、高层大气耦合过程研究的文章。
走出国门交流访问 学术成果日渐丰硕
  改革开放后,我国对外交流的大门打开,刘振兴于1980年5月至次年9月作为访问学者赴美国马里兰大学进行木星磁层理论模式等方面的研究。他根据“旅行者”飞船对木星磁层探测的最新数据,分析认为木星的快速旋转对木星磁盘结构有着重要影响,从而提出了一个新的木星磁层磁盘模型。其主要结果载入了剑桥大学出版的《木星磁层物理》一书中,被称为“刘氏模型”。
  1985年,刘振兴冲破三十多年来磁场重联研究的传统观念,首次提出流体涡旋诱发磁场重联的新机制,创建了涡旋诱发重联理论(VIR),建立了涡旋诱发重联理论模型。他还与合作者将VIR理论应用于能量传输事件(FTE),建立了一个三维的FTE模型。刘振兴将动力气象学中的一些物理现象与磁场重联联系起来进行思考,从中得到了新的启示,首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,为研究磁场重联开辟了一条新的途径。
  1987年,刘振兴再度赴美半年,先后在阿拉斯加大学、丹福大学、加州大学洛杉矶分校进行访问、讲学与合作研究。在此期间他与阿拉斯加大学教授李罗权等合作,提出了磁层亚暴的等效电路模型。该模型用等效电路方法首次考虑了磁层亚暴发生和发展的全球过程,将国际上长期争论的两种观点“太阳风直接驱动过程”和“卸载过程”统一起来,解释了磁层亚暴期间磁层和电离层电流系统的耦合过程和变化规律。在1994年举行的国际磁层顶物理学术讨论会上,涡旋诱发重联与多X重联模型、单X重联模型共同被公认为通量传输事件的三个基本模型。

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