在星辰與碎片間守護安全 ——緬懷我國空間環境與空間碎片防護領域奠基人都亨 ｜科普時報

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編者按

11月24日，我國空間環境和空間碎片防護領域的重要開創者和奠基人都亨逝世，享年90歲。他畢生從事并推動我國航天事業的發展，在我國“東方紅一號”第一顆人造地球衛星、載人航天工程任務中作出了重要貢獻。讓我們一同展開這位科學家的生命長卷，重溫他的科學人生。

都亨

（中國科學院國家空間科學中心供圖）

在常人看來，我們頭頂的太空，浩渺無邊又神秘莫測。

而在都亨眼中，太空，尤其是近地空間，神秘莫測的背后處處都藏著風險?，F在，這些風險都已被一一具化。中性氣體、等離子體、高能帶電粒子、地球磁場、流星體，還有空間碎片，以上種種組合起來就構成了地球外的空間環境。

護“東方紅一號”遨游太空

新中國成立后，國家建設急需資源。在毛主席發出“開發礦業”的號召后，全國掀起地質工作的熱潮。于是，青年都亨在報考大學時便選擇了地質專業，結果因在體檢時檢查出色盲而被迫放棄。1954年，都亨考入北京大學物理系，在大三時轉入地球物理專業。

1957年10月，蘇聯成功發射世界上第一顆人造地球衛星。時任中國科學院地球物理研究所所長的趙九章敏銳地意識到一個新興學科——空間物理研究將要興起。他一方面將地球物理、大氣物理拓展到宇宙空間，創立空間物理學科；另一方面極力推動恢復研究生制度，從北京大學挑選學生，都亨和其他幾位同學被選中。都亨的專業也從“地下”（地震專業）轉向“太空”（空間物理）。

作為趙九章的弟子，都亨的研究方向是磁暴理論。1965年，都亨進入中國科學院地球物理研究所二部（中國科學院國家空間科學中心前身）磁暴組。但是最初的工作和衛星無關，都亨意外地與“兩彈一星”工程結下了不解之緣——被趙九章安排研究爆炸的高空物理現象。這一安排背后蘊含著深遠的考量。核爆炸以后，會產生人工輻射帶，對航天器造成嚴重威脅，發出的電磁脈沖可能損壞數千公里以外的電子系統。

時間到了1966年，在我國第一顆人造衛星“東方紅一號”緊張研制的過程中，趙九章注意到太陽宇宙線和地球輻射帶可能會對衛星造成破壞性影響，應在設計研制中考慮輻射防護的問題。

當時，國際上還沒有衛星輻射防護的先例，“東方紅一號”衛星可以說是世界上最早考慮輻射帶防護的衛星之一。

在都亨的主導下，研究團隊通過搜集國外科學文獻上公布的簡單圖表，利用相關原理，還原“東方紅一號”衛星在軌道上運行時將會遇到的輻射帶中高能帶電粒子的強度，供衛星設計使用。即便計算工作無比繁雜，能用的只有手搖計算機、計算尺、輔助圖標等原始計算工具，歷時數月，這項工作還是被他們團隊完成了。

開啟“紅色預報員”征途

1972年，我國航天事業的奠基人錢學森認識到，空間環境的變化將是航天事業面臨的一個重大挑戰，要求空間環境科學工作者能夠預報太陽活動和空間環境的擾動，并形象地把做這項工作的人稱為“紅色預報員”。

直到1986年，空間環境研究才迎來發展的契機。在都亨等人的一再呼吁與爭取下，“863”計劃（國家高技術研究發展計劃）航天領域專家委員會設立了“空間站外環境和空間物理研究專題”，由都亨牽頭負責進行論證。而在此前一年，都亨以訪問學者的身份奔赴美國。看到國外對空間環境的重視后，他堅定了研究空間環境的決心。

1989年3月，《空間站外環境和空間物理概念研究報告》完成，成為我國第一份空間環境研究的頂層設計報告。

在短短幾年內，“863”計劃還連續支持了“大氣一號”和“實踐四號”衛星的研制和發射，有力支持了空間環境模式研究。在載人航天工程中，都亨推動建立了空間環境監測與預報分系統。

1991年，由中國科學院國家空間科學中心提出的科學實驗衛星計劃建議成功立項，正式被命名為“實踐四號”。都亨是“實踐四號”項目的負責人。

1994年2月8日，“實踐四號”衛星在西昌衛星發射中心成功發射。衛星在軌運行的探測結果在國內首次證實，近地空間帶電粒子會對航天器的正常工作造成十分嚴重的影響，必須給予足夠重視。實踐同樣證實，只要采取必要的措施，空間環境效應是可以抑制的；在出現故障時，只要有預防措施也是可以補救的。

在“863”計劃論證中，都亨率先將空間碎片列為專題研究方向，開創了先河。

為神舟一號避開“流星雨”

進入20世紀90年代以來，隨著我國航天事業的發展，空間環境日益受到重視。當載人航天工程還在方案論證階段時，空間環境就被列為安全保障的重要條件之一。

1999年11月18日，是神舟一號飛船原定的發射日子。預報中心的專家在搜尋資料時看到國外多次報道說，11月太空可能出現“流星雨”。同時，國際空間站的發射時間被推遲，美國國防部隨后也為其間諜衛星發出了采取應急規避措施的指令。這些信息引起都亨和團隊的高度警覺。他們加班加點，對所有能找到的數據進行詳細分析。

結果很快就出來了：11月18日，神舟一號飛船的發射窗口正好在獅子座“流星雨”的時段內。而且，還有可能發生“流星暴”。如果推遲24小時，風險降到6%；推遲48小時，風險就降到1%以下。

信息上報以后，載人航天工程指揮部馬上召開緊急會議。會議決定，神舟一號飛船的發射時間往后推遲兩天。

1999年11月20日早晨6時30分，搭載著神舟一號飛船的長征二號F火箭拔地而起，扶搖直上，吹響了中國載人航天飛行試驗的號角。

神舟一號飛船示意圖

確定神舟五號發射窗口

2000年，原國防科工委高瞻遠矚，設立了“空間碎片行動計劃專項”。正是在這一年，都亨以高屋建瓴的視角，牽頭制定《2000-2005年空間碎片行動計劃》，為我國空間碎片研究搭建起系統性、前瞻性的發展框架。

2003年，中國第一艘載人飛船神舟五號發射前不久，某國大使館發來照會稱，愿意幫助中國測算飛船被空間碎片撞擊的風險，選擇安全的發射時刻。

空間碎片是人類遺留在空間的廢棄物。由于它們的平均相對速度達到每秒10千米，其動能相當于同等質量TNT（一種常見的烈性炸藥，全稱為三硝基甲苯）爆炸時釋放能量的24倍，具有極大的破壞力，使航天器受到嚴重威脅。

“我們國家一直強調‘神舟’的各個環節都要自力更生?！倍己嗾f，“在這個最后的環節里，我們還是要依靠自己?！?/p>

這是一項工作量異常龐大的工作。當時世界公認數據表明，能對航天器構成嚴重威脅的太空碎片超過9300個。而神舟五號在太空中飛行的時間是近24個小時——8萬多秒。都亨和團隊需要算出每一個碎片的軌道，要保證每一秒，飛船與碎片都不會相遇。但只用了3天時間，神舟五號載人飛船的發射窗口就被確定下來。

2003年10月15日，神舟五號載人飛船成功發射。68歲的都亨沒有待在監控室，盡管這里的大屏幕上，可以直觀地看到太空碎片與飛船的距離。他在自己的辦公室里靜靜地玩了一會“接龍”游戲。“這是我消除緊張的方法?！彼f，“游戲可以讓人進入一種似想非想的狀態?！?/p>

2005年，都亨提出的空間碎片三大工程發展目標，成為具有里程碑意義的核心綱領。

都亨曾對年輕人說：“你要主動去為航天員服務，為他著想，心甘情愿地為他去做事。你是一個配角，你是保障安全的?！比缃瘢@位曾經在航天領域默默耕耘、無私奉獻的“配角”，已經永遠地離開了我們，只留下了一方靜謐而堅實的安全。

來源：《科普時報》2025-12-05 第08版：科學人生

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