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2012年强太阳风暴将挑战全球空间卫星

已有 2634 次阅读 2012-2-7 14:27 |个人分类:未分类|系统分类:科普集锦| 卫星, 太阳风暴, 航天器, 空间环境

   

                               挪威看到的罕见“凤凰状”极光景色
  近日,一场6年多来最为强大的太阳风暴携带大量电粒子袭击地球,与地球磁场相互作用产生地球磁暴,使英国、加拿大和挪威等纬度较低的地区在2012年1月24日出现旖旎的北极光。此次太阳风暴带来的太阳质子辐射是自2005年以来最强烈的一次,其速度可达到9300万英里(约为1.5亿公里)每小时。

    何谓太阳风暴?太阳耀斑通常被称为太阳风暴,表现为太阳色球单色像的突然增亮,是贮存在太阳大气内磁能突然释放的结果。伴随耀斑爆发,太阳大气中大量磁场和等离子体被抛向外面的行星际空间,称为日冕物质抛射,其速度可以达到每小时2000至3000公里,可能对空间飞船、宇航员和卫星造成一定的影响和损坏。科学家形象地把太阳风暴比喻为太阳打“喷嚏”。太阳的活动对地球至关重要,因而太阳一打“喷嚏”,地球往往会发“高烧”。据了解,太阳活动已经进入第24活动周高年,太阳风暴还会频繁光顾,有可能给近地空间环境带来一定影响。

    空间环境特殊效应专家、中科院空间中心研究员韩建伟说:“银河-15”卫星出现故障再次证实了科学界对新一轮强太阳风暴即将来临的判断。这也表明包括美国空间卫星制造商在内的卫星研制和制造单位历经10多年,仍没有完全掌握有效应对太阳风暴的手段。这是最值得我们专业人员反思的。”“银河-15”卫星发生的故障表明第24个太阳峰年的临近。“最近的监测数据表明,太阳活动处于逐渐增强的爬坡阶段。”

2012年强太阳风暴可能会摧毁部分太空卫星
            2012年强太阳风暴可能会摧毁部分太空卫星

    2010年4月5日,国际通信卫星组织Intelsat公司所属的“银河-15”卫星出现故障,在距地面3.6万公里的高空漂移,成为太空垃圾,很可能会进入另一颗代号为“AMC 11”的卫星的运行轨道,形成碰撞威胁。5月8日,“银河-15”卫星制造商轨道科学公司首席执行官David W. Thompson称,故障原因可归咎于4月3日~5日期间的太阳风暴。5月11日,负责运营“银河-15”卫星的国际通信卫星有限公司证实了这一说法。“研究人员现在对‘银河-15’卫星发生故障原因的认识基本一致。这颗卫星极有可能是被空间高能电子诱发的深层充放电效应摧毁的。”

    充放电效应是与太阳风暴相关的空间带电粒子三大危害效应的一种。这种效应可使卫星表面及内部带很高的静电,静电放电会损坏卫星器件或材料。有记录表明,静电最高时达到2万伏特。

    通常,强太阳风暴的出现周期在11年左右。科学家预计,2012年至2014年期间将会有多次强太阳风暴出现,并有可能爆发超强太阳风暴,由此引发近地空间环境灾害性变化,最终通过深层充放电效应、单粒子效应等导致卫星故障。

    根据国内外对航天器故障的分类统计:空间环境导致的航天器故障中,由单粒子效应和深层放电效应导致的故障分别占28.5%和24.8%。“这二者是太阳风暴危害航天安全的元凶。”

    单粒子效应导致的航天器故障较易解释。它指的是单个高能带电粒子在器件内部瞬间产生大量额外电荷的现象。这一现象会使卫星的运行程序发生混乱,产生虚假指令。“

    深层充放电的原理就像春冬季大气干燥人体易带电一样,带电多了就需要释放。对卫星危害最大的就是放电,这可能烧毁卫星器件或产生干扰电磁信号。

    卫星是由大量不同材料按照一定布局组成的一个复杂体。在充电的时候,材料特性不一样、布局不一样,充电的多少也不一样。这样,在一定的布局下不同材料间的强电位差就形成了,放电在这种情况下最容易发生!

    中国空间技术研究院KM6工程总设计师、中国航天空间环境工程著名专家黄本诚研究员说:空间环境在广义上说是指包括地球空间环境、星际空间环境、行星空间环境。

地球空间环境也是很复杂的,平流层,轨道高度20公里到60公里之间的平流层。还有一个是低地球轨道,100公里到1000公里之间的是低地球轨道空间。“神七”是在低地球轨道环境里面飞行的。还有中轨道高度,就是1000公里到10000公里,还有一个是高轨道,就是同步轨道,静止同步轨道,再高就是月球轨道,月球是上万公里。现在我们低地球轨道,就是飞船运行轨道,主要是一些什么环境呢,有真空环境,还有冷黑环境,零下269度,还有太阳辐照、电子质子、原子氧,原子氧有很大的腐蚀性,还有弱磁场、微重力、等离子体、空间碎片、微流星等等,环境还是挺复杂的。我们讲的航天器空间环境,是指飞船在空间运行时候所遇到的自然环境。还有它本身的环境。

航天器环境是飞船或者卫星经历的环境,湿度、温度,运输和储存。还有一个发射环境,航天飞船在发射的时候产生的振动、冲击、噪声、加速度,这些环境是力学环境。再有就是空间环境。再一个环境是返回。这些都是航天器环境。 根据统计卫星的故障,70%是由空间环境所产生,力学环境可能占20%,还有其他环境,也就是说空间运行的故障,大部分都是空间环境造成的。



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