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空间环境预报中心_航天技术

2019-10-12 航天

空间环境预报中心_航天技术
环境对人类活动的影响,任何时候都不能掉以轻心,特别是在人们跨入空间城这一新领域时,为了确保安全而有效地生活和工作,空间环境必然成为重点研究对象。
未来在空间城工作的人们,会象在地球上关注天气预报那样重视空间环境的预报,因为这与他们的切身利益息息相关。现在不妨模拟一下现场空间环境预报的实况,比如:“在 12 月 12 日 0~6 时宇宙时间,有70%的可能性将要发生强度 3 级的太阳爆发。如果要去空间城外活动,请检查一下辐射防护设备的状况。在短波、超短波频率范围内,空间通信可能受到干扰。正在磁场 H 区飞行的宇宙飞船,可能因两天前太阳爆发的影响而带电。在以后几天太阳仍会继续活动,直至下周末才会降到最低点,磁层将重新平静下来  。”
空间环境一般是指距地面 90~65000 千米(约合 10 个地球半径)的“地球空间”。若从航天活动看,一般是指航天器环绕地球作轨道运动的空间范围。影响航天活动的环境因素有:太阳电磁辐射、地球大气、地球电离层、地球磁场以及空间粒子辐射等。实际上,空间环境因素是随时间和空间不断地变化,且这种变化主要与日面上的活动相关联。因此,预报空间环境时,首先要预报太阳的活动,可将它分为长、中期和短期预报。长期预报是指提前一年、数年、数十年乃至更长时间的预报,主要预报 11 年前后太阳黑子周围的情况。中期预报是提前数天到数月的预报,其重点是未来 27 天太阳活动的情况。短期预报是提前数天或更短时间的预报,其核心是预报太阳耀斑及空间物理效应。
在空间城建设中,空间环境预报中心是必不可少的组成部分,这是由空间城的特殊性决定的。空间城是载人的,航天员需经常到舱外活动,去完成特定使命。而人是比较“娇气”的,易遭受恶劣环境的伤害,因此,为了确保人在太空中正常地生活和工作,必须对造成威胁的各种因素加以监测和预报。比如,一次特大太阳质子事件,可能使舱内活动的航天员受到几百拉特的照射,足以导致死亡。过去的一些低剂量辐射,如银河宇宙线对于短寿命的航天器可以忽略不计,而对长期在轨道运行的空间城,它们产生的累积效果应引起足够的重视。同样的一些低概率事件,如微流星撞击,对空间城来说,亦可能构成致命的威胁。
空间环境预报中心监测和预报的空间环境参数有:高能粒子辐射环境、高能电磁辐射环境、等离子体环境、电磁波环境、微流星和空间垃圾环境、中性大气环境、磁场环境及电场环境等。有待研究的太阳及空间环境中的科学问题很多,如了解太阳和日光层的情况,研究地球、太阳系中的行星和其它天体的磁层、电离层和大气上层;研究各种太阳的产生及传至地球的基本过程;了解太阳内部对日冕的影响过程,能量、动量、等离子体和磁场借助于太阳风在行星际太空上的迁移;太阳上和日光层中高能粒子的加速;将地球大气上层作为一种流体,研究该流体的动力学、辐射特性和化学活泼性;太阳风和太阳系中除地球以外的其它天体的相互作用;磁层的一般特性等。
空间城内的空间环境预报中心,将建立一套完整的空间环境预报系统。采用 X 射线计、粒子探测器和磁强计,连续监测空间环境。采用光 学和射电观测设备,连续地监视太阳,提供太阳耀斑报告、日珥活动特性、活动区行为和其它太阳现象的信息。还设想在空间城外的空间里布置 3~4 个太阳极地轨道器,组成空间探测网。每个太阳极地轨道器离太阳的距离与地球离太阳的距离相等,彼此在绕太阳运行的轨道上相距 90 度,用于拍摄太阳外貌的立体图,监视整个太阳耀斑爆发。将所有这些信息,都实时传输给预报中心的计算机,经过数据处理后,能得出高能粒子的空间分布、能谱、能量强度、出现的次数和持续时间等参数。每天定期对未来的 72 小时的太阳和地磁活动发布日报,对大的太阳质子事件和相关的地球物理事件发布短期预报和警报,为空间城内的工作人员出城到空间活动提供准确的信息,确保人身安全。
空间城的建设,表明人类面临进入一个大规模开发、利用外层空间的时代。在利用空间的过程中,势必要有意识地改变空间环境。一方面,需要探索空间有哪些可供利用之处,怎样才能改变它使之更好地为人类服务。另一方面,更为重要的是人们必须研究并回答,宇宙到底能允许我们走多远?这种频繁的空间活动,对脆弱的空间环境将产生什么样的影响?空间等离子状态大规模的改变,会不会导致明显的太阳风和太阳活动能量传输渠道的改变?空间气体成分的变化,会不会导致地面紫外线或 X 射线辐射剂量的增大?外层空间所能承受的限度到底有多大?所有这些全人类面临的重大问题,将有待于立志献身于航天事业的青年做出贡献,而不是满足于从别人那里寻求答案。