中新網(wǎng)9月25日電 “神七”載人航天飛行任務(wù)總指揮部24日宣布,中國將于9月25日21:07時(shí)至22:27時(shí)擇機(jī)發(fā)射神舟七號載人飛船,翟志剛、劉伯明、景海鵬3名航天員組成乘組執(zhí)行飛行任務(wù),實(shí)施中國航天員首次空間出艙活動(dòng)。中國氣象局網(wǎng)站今日登載文章分析空間天氣如何影響“神七”運(yùn)行。
電離層:雙向影響“神七”游太空
當(dāng)利用無線電電磁波進(jìn)行遠(yuǎn)程通信、衛(wèi)星導(dǎo)航定位和測控時(shí),頻率不同的電波信號會(huì)在不同程度上受到電離層的折射、反射及吸收。在太空中,電離層會(huì)雙向影響到“神七”的暢游。
首先,電離層會(huì)通過“附加延遲”和“閃爍”來影響衛(wèi)星的導(dǎo)航定位和測控等功能。衛(wèi)星超高頻導(dǎo)航定位信號在電離層中傳播時(shí)會(huì)被電離層折射,傳播路線是略有彎曲的曲線而非直線,這一曲線的長度與衛(wèi)星到觀測臺站之間的直線距離之差,即為電離層的附加延遲,電離層的附加延遲是目前GPS導(dǎo)航定位最大的誤差源。電離層閃爍是指由電離層內(nèi)不均勻體導(dǎo)致的無線電信號相位和幅度快速的起伏和抖動(dòng),它會(huì)影響衛(wèi)星的導(dǎo)航定位,甚至導(dǎo)致信號的失鎖。
而在通信上,短波信號會(huì)被電離層反射,當(dāng)短波通信所用頻率超過了一定范圍,信號將穿過電離層,射向外太空,導(dǎo)致地面接收不到信號。目前處于太陽活動(dòng)低年,電離層臨界頻率很低,當(dāng)發(fā)生電離層暴時(shí)電離層臨界頻率會(huì)進(jìn)一步降低。
當(dāng)發(fā)生大的太陽耀斑時(shí),電離層D區(qū)會(huì)發(fā)生異常吸收,造成頻率由低到高逐漸中斷,此時(shí),應(yīng)使用較高的通信頻率。
高層大氣:不容輕視的阻力
由于“神舟七號”在低地球軌道運(yùn)行,再加上飛船體積龐大,大氣阻力不可忽視。一般情況下,大氣的密度決定其阻力,盡管在飛船的軌道設(shè)計(jì)中已經(jīng)考慮了這一因素,但是高層大氣密度會(huì)因?yàn)橥话l(fā)性空間天氣事件的發(fā)生而出現(xiàn)意想不到的變化,從而影響飛船的飛行軌道,并對定軌造成影響。
能引起高層大氣密度變化的突發(fā)性空間天氣事件是地磁暴。地磁暴期間,飛船軌道的大氣密度會(huì)升高一個(gè)數(shù)量級以上,飛船的阻力大大增加,導(dǎo)致飛行速度放緩,飛行軌道迅速下降。2003年10月底,地磁暴就造成“神舟五號”的留軌艙軌道高度下降300米,若沒有及時(shí)進(jìn)行軌道維持,飛船會(huì)提前隕落了。
地磁暴的源頭可以追溯到太陽活動(dòng)。太陽上突發(fā)性的大爆發(fā)或是冕洞均會(huì)引發(fā)地磁暴。根據(jù)8月27日國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心預(yù)報(bào)的結(jié)果,9月19日前后地磁活動(dòng)可能活躍,10月2日前后可能出現(xiàn)小磁暴,其余時(shí)間地磁活動(dòng)以平靜為主,根據(jù)推算,10月初的高層大氣密度會(huì)有所增加。
神舟飛船飛行期間,許多實(shí)驗(yàn)需要機(jī)密定軌,因此,高層大氣監(jiān)測預(yù)報(bào)的主要任務(wù)是密切監(jiān)視軌道大氣的演化,推算軌道的動(dòng)態(tài)變化,為神舟七號的順暢運(yùn)行提供有力的保障。
空間輻射:航天員的健康“殺手”
空間輻射包括X射線、紫外線以及各種高能帶電粒子,這些輻射通過大氣到達(dá)地面前已大大減弱,對人類的健康不會(huì)形成什么危害。但在“神舟七號”的飛行高度上,大氣層的防護(hù)大大減弱,空間輻射就成了航天員健康的潛在“殺手”。
為了保護(hù)航天員的安全,飛船的船艙已經(jīng)考慮了抗輻射能力。而航天員在艙外進(jìn)行太空行走時(shí),必須穿著制作精良的航天服,以避免直接暴露于復(fù)雜的空間輻射環(huán)境下。
為了最大限度減若空間輻射,即便航天服的抗輻射能力很強(qiáng),合理的出艙時(shí)機(jī)仍然很重要。 例如,在“神七”的飛行高度上,空間輻射強(qiáng)度并不是一成不變的——大部區(qū)域輻射通量相對較低,但南大西洋異常區(qū)空間輻射通量會(huì)大大增高。
顯然,通過對空間輻射環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測并配合軌道計(jì)算,就可以使航天員在空間輻射通量較低的環(huán)境下進(jìn)行艙外太空行走,從而避免航天員在南大西洋異常區(qū)進(jìn)行艙外活動(dòng)。
此外,在太陽活動(dòng)爆發(fā)期,空間輻射的通量將大大增強(qiáng),在這種瞬間增加的空間輻射下,航天器以及航天員都會(huì)經(jīng)受空間輻射的考驗(yàn)。
在2006年12月13日的一次較大的太陽活動(dòng)爆發(fā)中,美國宇航局就曾緊急命令正在太空行走的航天員進(jìn)入空間站,以躲避空間輻射增加所可能造成的傷害。
空間碎片:航天器致命的威脅
空間碎片,是指人類在空間活動(dòng)過程中遺留其中的廢棄物。到目前為止,數(shù)千個(gè)大型物體、數(shù)萬個(gè)中小型物體和數(shù)千億的微粒物質(zhì)被遺留在外層空間,它們除了導(dǎo)致微流星體的危害外,還在地球周圍形成了人造的空間碎片層。
空間碎片的撞擊會(huì)對航天器的運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重危害,多數(shù)情況下,這些危害都是致命的。而各種不同尺寸的空間碎片會(huì)對航天器的不同部分產(chǎn)生多種類型的損害:微小碎片累積效應(yīng)會(huì)改變敏感元件的性能;撞擊產(chǎn)生的等離子體會(huì)破壞航天器供電系統(tǒng);航天器受較大空間碎片撞擊會(huì)導(dǎo)致穿孔、容器爆炸、破裂、甚至結(jié)構(gòu)解體。
此外,航天員在進(jìn)行艙外太空行走時(shí),也受到空間碎片的威脅。速度為10公里/秒的0.5毫米的碎片就可以穿透標(biāo)準(zhǔn)的航天服,造成人員傷亡。
目前,空間碎片已對人類的航天活動(dòng)造成了一定影響——美國航天飛機(jī)平均每次飛行都要更換1.41塊舷窗;和平號空間站曾經(jīng)由于舷窗被碰壞,無法拍攝高質(zhì)量的地球表面照片;由于空間碎片的撞擊,某些衛(wèi)星的星體表面嵌入了直徑為幾毫米的殘片。
300公里到2000公里之間是空間碎片密度最高的區(qū)域,“神七”的飛行軌道就處于此區(qū)域。因此,監(jiān)測空間碎片是“神舟七號”飛船空間天氣保障的重要內(nèi)容。
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