空间天气影响卫星安全
来源:中国气象报社   发布时间:2006-12-09
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  云二号D星于12月8日成功发射。此前,风云二号D星的发射窗口定在12月8日至12日之间。发射窗口的确定除了考虑发射场当地的天气以外,还要考虑此期间的空间天气。因为,空间天气对卫星发射安全有很大影响。

  据国家空间天气监测预警中心首席预报员乐贵明研究员介绍,中高层大气和电离层的状况与卫星能否成功发射密切相关。

  中高层大气是受太阳活动控制的,当太阳活动剧烈时,中高层大气的温度和密度也随之发生剧烈变化。在太阳活动高年和低年时,高层大气密度有很大的差异。高度越高,差异也越大,在200公里高度上可相差3-4倍,500公里高度上相差20-30倍,1000公里高度上相差可以达到100倍。

  乐贵明研究员说,卫星发射后,速度极快,它将与大气层发生剧烈摩擦,其阻力也将随着大气层的状况而发生变化,势必影响卫星入轨。

  任何以电磁波方式传输信号的通讯系统,都会受到电离层天气变化的影响。远距离地面通讯长期以高频段(HF)通讯为主,当发生空间天气事件时,高频无线电信号会显著衰减,甚至可能导致通讯中断。卫星通讯主要使用超高频(UHF)和甚高频(VHF)信号,这两个频段的电磁波在穿透电离层时,电离层闪烁会使信号的振幅、相位和到达角都发生随机起伏,影响通讯质量,严重时可导致通讯中断。所以,卫星发射时,如果电离层受到扰动,它将对星地通讯和卫星的定位产生极大的影响。

  而入轨后并不意味着卫星的“旅行”安全结束,相反,危险的“旅行”刚刚开始,在太空遨游的每一刻,都将面临着数不清的威胁。据统计,航天器发生的故障中,40%是由于空间天气事件引起的。在美国NGDC(国家地球物理数据中心)收集的五千多条记录中,有一半诊断为空间天气事件引起的故障。

  首先是来自高能粒子、高能质子与重粒子的威胁,它们会破坏星上的功能器件、破坏逻辑电路的工作状态。美国地球同步轨道卫星TDRS-1在1983-1993年期间就确定了4468次单粒子事件。

  太阳能电池是一种特殊的金属材料,通过材料间的电势差产生电流,为卫星供电。而高能质子与重粒子对太阳能电池有极大的破坏作用。一旦太阳能电池损坏,卫星将没有供电系统,整个卫星就无法工作,卫星也就可能成为太空垃圾了。

  高能粒子还可能给卫星的逻辑电路工作状态造成影响。我国的风云一号B星就是因此而过早失效的。风云一号B星1990年9月3号发射,11月13日,当高能粒子打在计算机芯片上以后,原来的状态发生了变化,0变成了1,1变成了0,程序混乱。该星设计寿命1年,但不到半年就结束了。

  高能粒子还会危及宇航员、高空飞行员及乘客的安全。高能粒子穿透人体细胞,破坏人体细胞的正常代谢,受损细胞数量达到一定程度会导致人的死亡。

  其次是来自电子的威胁。电离层的电子,其密度随高度发生变化,这将影响星地通讯、地面与地面的通讯、空间与地面目标的定位。卫星轨道的高能电子,则有可能对卫星造成致命一击。高能电子可以对卫星表面充电或者深层放电,它们会影响有效载荷的正常工作和使用寿命,严重的可以烧毁整个卫星。

  在上世纪70年代初期,美国在地球同步轨道上的大量卫星在运行的时候,多次发生故障,甚至失效。当时从工程上一直得不到解决,不知道是哪儿的问题,后来通过空间物理学家和工程技术人员一起研究,才发现是因为空间等离子的环境使卫星深层充电造成的,带电以后放电,导致了对电子设备的干扰和其最终失效。 (来源于200612月9日《中国气象报》作者: 冉瑞奎)