第11版:科技前沿 PDF版下载

解放军报客户端

兵在掌上阅 亮剑弹指间

航天发射如何选时间窗口


■苏子安

太阳活动对地球空间环境影响示意图

天气预报为我们的生活带来了便利,晴雨冷暖只需看看天气预报就可提前知晓。

那你知道除了天气预报外,还有空间天气预报吗?是的,航天器“出门”就是要看空间天气预报的!

如何为航天器选一个适合发射的时间窗口呢?

问:何为空间天气预报?

答:空间天气预报,是以一定形式给出某种空间环境要素未来或未知的状态。一般来说,空间天气预报分为常规预报和专项预报。常规预报是一项持续性工作,会对未来一段时间内的空间环境状态或事件进行动态预测。而专项预报是以满足专业用户某方面特定需求而进行的预报。

比如,重大航天任务发射之前,都要进行常规预报,以确定一个比较合适的发射时间。神舟一号飞船在发射之前,曾因“将出现狮子座流星雨”的准确预报,推迟了发射期。

问:空间天气预报在我国有何发展历史?

答:从1970年“东方红一号”卫星发射开始,空间天气预报就贯穿了我国航天发展史。当年,在极其艰苦简陋的条件下,十几位科学家靠着手摇计算机和计算尺,根据几篇相关论文中的图片,经过三四个月的努力,最终计算出“东方红一号”的辐射能谱和所受辐射通量,为卫星成功发射奠定了基础。“东方红一号”也成为世界上最早考虑辐射带防护的卫星之一。

发展至今,空间天气预报已成为航天不可或缺的一部分。在载人航天工程系统组成中,空间天气预报属于空间应用系统下的空间环境保障分系统。

问:空间天气预报内容有哪些?

答:与常规天气预报一样,空间天气预报内容非常广泛。它包括太阳活动、行星际环境、地球磁场环境、磁层粒子环境、电离层环境、中高层大气环境、微流星及空间碎片环境等多方面的预报。

目前,空间天气预报大部分用于航天方向。比如进行“神舟系列”“嫦娥系列”的空间环境保障等。但也有部分空间天气预报开始进行更多方向、更多用户的探索。比如航空领域、电力系统、通信系统、灾害应急系统等。

问:什么天气算是适合发射的好天气?

答:对地球而言,太阳活动是空间天气的源头。恶劣空间天气环境主要由耀斑和日冕物质抛射引起,绝大部分由黑子群或活动区复杂磁场释放的能量所致。太阳爆发活动,会引起地球空间环境的一系列扰动。比如,耀斑会突然引起电离层骚扰、太阳质子事件、极盖吸收事件等;日冕物质抛射会引发地磁暴、热等离子体注入、高能电子暴、电离层暴、高层大气密度增加等。

以上事件,都会在不同程度上对航天器造成影响。因此,一般来说,如果没有太阳爆发活动,或者太阳爆发活动对地球空间环境的影响比较小,都可视为适合发射的好天气。

问:空间天气预报只针对航天器上天之前吗?

答:并不是。航天器在不同阶段,都有空间天气预报的参与。比如,在卫星上天之前的方案设计和研制阶段,研制部门会同预报部门一起,分析卫星将面临的空间环境,给卫星设计相应防护,使卫星在太空中具备一定的抵御空间天气事件能力。卫星发射之后,预报部门也会长期、连续地开展空间天气预报,并提供给卫星运管部门。这样,在太阳风暴发生期间,运管部门可根据预案,采取调整卫星工作模式或是临时关机等方式,来规避太阳风暴的影响。

问:有针对空间站的专门空间天气预报吗?

答:当然有。预报部门不仅要在发射任务前提供空间环境保障服务,还将开启全天候空间环境保障模式,不间断地为空间站在轨安全运行保驾护航。

空间站的运行期为10余年,长周期在轨将面临更加复杂多变的空间环境要素威胁,使工程任务越来越复杂。在此期间,影响载人空间站运行和航天员飞行安全的轨道空间环境,主要是高能带电粒子辐射环境和高层大气环境及流星体环境等。

这些环境变化,主要受太阳活动和地磁活动制约。如产生太阳质子事件,引起高能辐射环境变化等。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。这些因素,都将对空间站的运行产生威胁。因此,进行专门的空间天气预报是很有必要的。

问:为了我国空间站正常运行,我们做了哪些空间天气预报?

答:早在我国空间站的天和核心舱发射前一年,预报部门就进入了保障状态。先后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,为后续预报任务的制定和实行奠定了基础。

从天和核心舱发射前3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。

从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,以确保空间站安全稳定运行。

(作者系中国科学院国家空间科学中心博士)

您的IE浏览器版本太低,请升级至IE8及以上版本或安装webkit内核浏览器。