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空間環境預報:太空“晴雨”早知道

發布時間:2021-06-24 14:54:44|來源:人民網

原標題:空間環境預報:太空“晴雨”早知道

  日常生活中,我們習慣了出門要先看看天氣預報。其實在太空中也是如此——空間環境預報對保證航天員的工作、保障載人空間站的安全非常重要。

  中科院空間環境預報中心承擔著空間環境預報的任務,不僅要為發射任務提供空間環境保障服務,還將開啟全天候的空間環境保障模式,不間斷地為我國載人空間站的在軌安全運行保駕護航。

  影響載人空間站發射和運行安全的軌道空間環境主要是大氣環境、高能輻射環境和流星體環境等。這些環境的變化主要受太陽活動和地磁活動的制約。太陽活動是近地空間環境的擾動源,大的太陽爆發活動直接影響近地空間環境,如產生太陽質子事件引起高能輻射環境的變化。地磁暴期間,高層大氣密度會迅速上升,導致低軌道上航天器的阻力增加,從而改變航天器的正常運行軌道,增大航天器定軌和軌道預測的誤差。

  載人空間站各個艙段的發射期(2021-2022年)處于第25太陽活動周的開始和上升階段,太陽爆發活動的強度和頻次相對低一些。但是這并不意味著空間環境就可以平靜無虞了。太陽上的冕洞經常連續幾個太陽自轉周(27天)引起地磁擾動,偶發的日冕物質拋射也會時不時引起地磁暴。

  最重要的是,載人空間站的運行期為10余年,將橫跨第25太陽活動周,甚至延長至第26太陽活動周。長期的在軌運行,工程任務將越來越復雜,將面臨更加復雜多變的空間環境要素威脅。

  首先,空間站是一個大型航天器,導致其更容易遭受如空間粒子輻射、原子氧腐蝕、碎片撞擊等效應,它在軌時間很長,這就使得空間環境效應的累計效應非常突出。其次,空間站要正常運行,必備一個高壓供電系統,太空中的等離子體環境會導致弧光放電、電流泄露等效應突出。再次,空間站將一直運行在低軌道區域,大氣環境和碎片環境惡劣,軌道衰變、機械碰撞效應更加顯著。對于航天員而言,需要常駐在空間站,并開展出艙、交會對接等航天活動,遭受空間輻射的概率大大增加。在空間站長期運行任務中,將包括核心艙、貨運飛船、載人飛船、實驗艙1、實驗艙2、光學艙等頻繁的發射和回收,航天任務重,要保障這些飛行任務的空間安全,需要的空間環境安全窗口更多。

  預報中心早在天和核心艙發射前一年就進入保障狀態,為有關部門提供了空間站任務期空間環境預報和影響評估分析。長達100多頁的分析報告,對空間站任務期的整體空間環境態勢及其對任務的可能影響進行了全面的分析,為后續預報任務的制定和實行奠定了基礎。

  自2020年6月以來,預報中心對現有的空間環境預報保障系統進行了全面的升級和改造,重點增加了針對空間站軌道預報的支持產品和針對航天員輻射安全的預警評估產品,并于2021年1月完成了整個系統的建設和改造任務。

  從天和核心艙發射前三個月開始,預報中心持續不斷地向工程有關部門提供空間環境預報報告,對發射窗口的空間環境狀況進行精密的分析和預測,并分析空間環境可能對天和核心艙的影響,給出了精確的短期預報結論:太陽不會發生強爆發活動,地磁不會發生強擾動,預計發射窗口的空間環境是安全的。從4月29日天和核心艙入軌開始,預報中心進入空間站在軌飛行空間環境保障任務狀態??臻g環境預報員24小時值班,時刻監視空間環境的變化,對太陽輻射、太陽質子事件、地磁暴、大氣密度等空間環境要素進行監測、預報、警報和影響分析,及時報告空間環境態勢,評估空間環境變化對載人空間站可能帶來的威脅,協助空間站系統和航天員及時規避未知的空間環境危害,保障載人空間站的安全穩定運行。

  未來10年甚至更長時間,預報中心將每天提供空間環境預報產品,為載人空間站的安全運行、航天員出艙、交會對接、空間科學實驗等任務提供及時的空間環境預報信息,為載人空間站的運營和航天員長期駐留提供全生命周期的空間環境預報保障服務。

   (作者:李志濤,系中國科學院國家空間科學中心副研究員)


責任編輯:孫遠進 校對:海洋

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