2000年7月14日18时20分,我国科学家率先通过媒体向世界航天界发出了“太阳质子事件”警报。我国的卫星测控人员根据警报及时采取保护措施,在随后而来的超强太阳风暴的袭击中,确保了各卫星的运行安全。至此,我国空间环境监测工作实现了为航天事业担当太空卫士的第一目标。
中国科学院空间科学与应用研究中心是我国空间环境监测仪器研制、数据接收处理和太空环境警报发出的基地之一。这些计算机屏幕实时显示着卫星运行中所遇到的各种太空天气环境状况。
“太空天气警报”很像我们平常看到的天气预报,只是普通天气预报关心的主要是人类活动将面临的天气条件,而“太空天气警报”关注的是卫星、飞船等航天器发射、运行时将要面对的太空环境,其中最主要的对手是太阳风暴。我们知道,真实的太阳是一个熊熊燃烧的火球,表面像开水一样剧烈翻滚,局部的能量大爆发,形成巨大的耀斑或日冕抛射,产生的强大的电磁辐射和带电粒子流,会给脱离大气层和地球磁场保护的卫星造成毁灭性的打击。对于高速飞行的卫星来说,迎面而来的高能带电粒子就像致命的子弹,会让卫星上大规模的电子程序瞬间发生逻辑位翻转或闩锁,进而产生虚假指令,导致卫星寿命缩短、功能紊乱甚至丧失。据国际上8000多例卫星故障统计,其中百分之四十是由这样的空间环境扰动引起的。
空间环境监测是发出“太空天气警报”的基础。今天,气象观测、定位导航、移动通讯等高科技活动已经把我们与卫星紧密地联系在一起,各航天大国也因此都把空间环境监测作为航天技术发展的重大课题来研究,为飞船、卫星的加固设计、运行管理、故障分析提供科学数据,向运行中的航天器发出太空环境扰动警报或预报。
当太阳耀斑爆发时,电磁辐射中的X射线约8分钟到达地球,而带电粒子则需要30分钟甚至几十小时才能到达地球,这个时间差就为发出“太空天气警报”创造了条件。
在我国的“风云二号”气象卫星上,同时配置了太阳X射线探测器和空间粒子探测器,24小时连续对太阳活动和近地空间环境进行监测。通过监测仪器,地面人员就能计算出太阳带电粒子到达近地空间的时间和强度,可提前通知用户,对航天器的发射或在轨运行采取保护措施。目前我国自主研制的十几种空间环境监测仪器以体积小、功能全、运行稳定在国际上形成了自己的鲜明特色。
中科院研究员朱光武研究员向我们介绍到:“在未来几年,我们将在不同轨道、多颗卫星上安装多种空间环境监测仪器,对空间环境进行全面的监测,使我国的空间环境监测达到世界先进水平。”
1998年启动的中国科学院“知识创新”工程,正在把我国的空间环境监测与研究工作从“太空天气警报”阶段迅速推向“太空天气预报”和人工改善、利用太空环境的新阶段,这将为我国乃至世界航天界和平利用太空环境做出更重要的贡献。
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