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空间环境预报:太空“晴雨”早知道

发布时间:2021年06月24日 bob登录平台:光明日报

  日常生活中,我们习惯了出门要先看看天气预报。其实在太空中也是如此——空间环境预报对保证航天员的工作、保障载人空间站的安全非常重要。

  中科院空间环境预报中心承担着空间环境预报的任务,不仅要为发射任务提供空间环境保障服务,还将开启全天候的空间环境保障模式,不间断地为我国载人空间站的在轨安全运行保驾护航。

  影响载人空间站发射和运行安全的轨道空间环境主要是大气环境、高能辐射环境和流星体环境等。这些环境的变化主要受太阳活动和地磁活动的制约。太阳活动是近地空间环境的扰动源,大的太阳爆发活动直接影响近地空间环境,如产生太阳质子事件引起高能辐射环境的变化。地磁暴期间,高层大气密度会迅速上升,导致低轨道上航天器的阻力增加,从而改变航天器的正常运行轨道,增大航天器定轨和轨道预测的误差。

  载人空间站各个舱段的发射期(2021-2022年)处于第25太阳活动周的开始和上升阶段,太阳爆发活动的强度和频次相对低一些。但是这并不意味着空间环境就可以平静无虞了。太阳上的冕洞经常连续几个太阳自转周(27天)引起地磁扰动,偶发的日冕物质抛射也会时不时引起地磁暴。

  最重要的是,载人空间站的运行期为10余年,将横跨第25太阳活动周,甚至延长至第26太阳活动周。长期的在轨运行,工程任务将越来越复杂,将面临更加复杂多变的空间环境要素威胁。

  首先,空间站是一个大型航天器,导致其更容易遭受如空间粒子辐射、原子氧腐蚀、碎片撞击等效应,它在轨时间很长,这就使得空间环境效应的累计效应非常突出。其次,空间站要正常运行,必备一个高压供电系统,太空中的等离子体环境会导致弧光放电、电流泄露等效应突出。再次,空间站将一直运行在低轨道区域,大气环境和碎片环境恶劣,轨道衰变、机械碰撞效应更加显著。对于航天员而言,需要常驻在空间站,并开展出舱、交会对接等航天活动,遭受空间辐射的概率大大增加。在空间站长期运行任务中,将包括核心舱、货运飞船、载人飞船、实验舱1、实验舱2、光学舱等频繁的发射和回收,航天任务重,要保障这些飞行任务的空间安全,需要的空间环境安全窗口更多。

  预报中心早在天和核心舱发射前一年就进入保障状态,为有关部门提供了空间站任务期空间环境预报和影响评估分析。长达100多页的分析报告,对空间站任务期的整体空间环境态势及其对任务的可能影响进行了全面的分析,为后续预报任务的制定和实行奠定了基础。

  自2020年6月以来,预报中心对现有的空间环境预报保障系统进行了全面的升级和改造,重点增加了针对空间站轨道预报的支持产品和针对航天员辐射安全的预警评估产品,并于2021年1月完成了整个系统的建设和改造任务。

  从天和核心舱发射前三个月开始,预报中心持续不断地向工程有关部门提供空间环境预报报告,对发射窗口的空间环境状况进行精密的分析和预测,并分析空间环境可能对天和核心舱的影响,给出了精确的短期预报结论:太阳不会发生强爆发活动,地磁不会发生强扰动,预计发射窗口的空间环境是安全的。从4月29日天和核心舱入轨开始,预报中心进入空间站在轨飞行空间环境保障任务状态。空间环境预报员24小时值班,时刻监视空间环境的变化,对太阳辐射、太阳质子事件、地磁暴、大气密度等空间环境要素进行监测、预报、警报和影响分析,及时报告空间环境态势,评估空间环境变化对载人空间站可能带来的威胁,协助空间站系统和航天员及时规避未知的空间环境危害,保障载人空间站的安全稳定运行。

  未来10年甚至更长时间,预报中心将每天提供空间环境预报产品,为载人空间站的安全运行、航天员出舱、交会对接、空间科学实验等任务提供及时的空间环境预报信息,为载人空间站的运营和航天员长期驻留提供全生命周期的空间环境预报保障服务。(作者:李志涛,系中国科学院国家空间科学中心副研究员)

  (作者:光明日报 责任编辑:苏杰西)

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