测太空天气 护“天宫”遨游

　　不久后，“天宫一号”将与“神八”实现交会对接。到时，这一发生在遥远太空上的“世纪之吻”，将再度引发世人关注。事实上，无论是“天宫一号”的发射成功，还是交会对接，都离不开空间天气这一重要条件。在“天宫一号”发射前，为应对空间天气，工程人员预备了200多种应急故障预案。对于航天器空间交会对接这项高难度、高风险的实验，空间天气服务至关重要。

　　风云雷电一个不少

　　空间天气其实也会“刮风”、“打雷”、“下雨”、“闪电”，甚至还会有“台风”。

　　“预计未来三天，太阳活动水平低，有可能爆发M级以上耀斑；地磁活动平静到微扰；电离层天气平静。”国家空间天气监测预警中心每日要为“天宫一号”做“太空天气预报”，保障其能顺利运行以及未来与神舟飞船对接。

　　其实，为了确保“天宫一号”航天发射气象保障工作圆满成功，甘肃省气象局在发射前一个月就成立了航天气象保障服务领导小组、前方保障组（进驻中国酒泉卫星发射中心）和后方保障组。与此同时，甘肃省气象局还制订了详尽的“天宫一号”航天飞行任务气象保障服务方案，确保此次任务圆满完成。

　　9月17日，甘肃省气象局的现场保障组抵达酒泉卫星发射中心。18日，现场保障组对外发布了与实际情况完全相符的第一期“天宫一号专题气象服务专报”。在接下来的时间里，根据现场保障组提供的资料，总指挥部认为27日冷空气过境，地面风速较大，将影响到“天宫一号”发射，最终确定“天宫一号”发射为天气较好的29日。

　　然而，要保证“天宫一号”顺利升空，发射场区的地面天气状况是必须考虑到的一个重要因素。此外，空间天气的监测预警，以及对其可能带来的威胁的分析更是不能忽视的关键环节。

　　“我们常说的雷电暴雨等都属于传统天气，而空间天气领域是我们传统气象的一个扩展，指30公里以上太空中的‘天气’。”中国气象局卫星中心空间天气室主任张效信介绍说。

　　“空间天气”一词最早出现于上世纪60年代末，是指瞬间或短时间内发生在太阳表面、行星际太阳风、磁层、电离层和热层大气中，可以影响天基和地基系统（如气象卫星和地面探测雷达）的正常运行，危及人类活动、健康和生命的天气条件或状态。

　　“其实，我们平时能够看到、感受到的阴晴冷暖，都是发生在对流层之内。而在此之外的空间天气，存在于地球与太阳之间，同样也发生着剧烈的活动。”张效信笑着解释，“空间天气其实也会‘刮风’、‘打雷’、‘下雨’、‘闪电’，甚至还会有‘台风’。空间环境下的‘雷电’是太阳耀斑，即太阳表面迅速发展的亮闪斑，是太阳的一种剧烈活动，不同的强度带给近地空间环境的影响也不同；‘风’是太阳风，是太阳表面不断喷发出电子和离子组成的高温带电粒子流；‘雨’是太阳的带电粒子雨，带电粒子流划过近地空间，就像在空间下了场‘雨’；而当等离子流体影响空间环境达到一定程度时，并产生了磁层扰动，也就形成了空间环境中的‘阴晴’变化。”

　　监测预警规避风险

　　剧烈变化的空间天气状态可使卫星提前失效乃至陨落，通信中断，导航、跟踪失误，电力系统损坏等。

　　据张效信介绍，国家经济生活的各个领域，如通信、广播、导航、航空航天、气象预报业务以及长距离油气管线、输电网和金融服务等绝大多数都会受到空间天气的影响。

　　剧烈变化的空间天气状态可使卫星提前失效乃至陨落，通信中断，导航、跟踪失误，电力系统损坏等。“一次卫星失效就可能造成大范围的通信中断、电视转播中断金融交易停止、信用卡结算中断，甚至计算机网络中断等问题。”张效信向记者举例，“1989年3月，灾害性空间天气破坏了加拿大魁北克的供电网，供电中断了9个多小时，经济损失达10亿美元。”

　　作为我国首个目标实验室，以及建立我国自主空间站基础工程的“天宫一号”，在其发射准备、在轨运行、执行任务期间，更是离不开空间天气监测预警的保驾护航。

　　“‘天宫一号’的顺利升空，离不开精确的空间天气监测预警服务。”国家空间天气监测预警中心主任王劲松介绍，在入轨过程中，对“天宫一号”的位置的精确测量需要考虑电离层状态所引起的误差，此外还要参照轨道上高层大气的状态。而“天宫一号”运行在太空后，随时可能遭受各种高能粒子的攻击。

　　由于“天宫一号”运行在近地球轨道，其大气密度较大，所受大气阻力也比较大，造成轨道高度的明显下降，而且高层大气对姿态也会造成影响。此外，“天宫一号”在轨运行时间很长，高层大气中的氧原子会对其表面材料造成损伤。而“天宫一号”在入轨和运行期间，来自于空间碎片的撞击对其运行的可靠性和安全性也构成了严重的威胁。

　　因此，在谈到“天宫一号”在轨运行期间可能受到的威胁时，王劲松说，影响“天宫一号”安全运行的空间天气要素主要包括了高能带电粒子、沉降粒子、高层大气、电离层和空间碎片。

　　“天地双网”保驾护航

　　除地面监测外，中国气象局还开启了风云气象卫星，实现天地双重监测，保障“天宫一号”顺利升空。

　　“为了有效地监测空间环境，国家空间天气监测预警中心专门针对‘天宫一号’飞船的任务特点开发了一个实时演示软件。”王劲松介绍说。

　　据了解，这个实时软件包括辐射环境、高层大气、电离层和空间碎片四个部分。首先，为了保障航天员的辐射安全，监测预警中心建立了航天员辐射剂量预警系统，这个系统可以根据卫星实测的辐射环境的分布，实时推算并预报“天宫一号”轨道上辐射带异常区的高能粒子通量。根据飞船和航天服的结构推算舱内和航天服内部的高能粒子环境；推算和预测航天员遭受的辐射剂量；计算航天员重要器官中的吸收剂量并评估可能对航天员健康的影响；并且在航天员出舱期间实时分析航天员的辐射损伤，为出舱任务提供实时辐射安全保障。

　　其次，基于高层大气对航天器轨道、姿态和表面材料等方面的影响，监测预警中心为“天宫一号”飞船的在轨运行阶段提供了高层大气的参数预报以及效应分析。而考虑到电离层对“天宫一号”的影响主要集中在飞船导航定位和无线电波通信方面。这个电离层环境演示软件能实时显示飞船在电离层中运行的电子环境，以及计算相应的导航定位中电离层的附加时间和距离延迟。

　　最后，在空间碎片这个部分，监测预警中心在“天宫一号”发射前，提供了飞船运行高度及轨道的空间碎片平均通量的分布图，对飞船运行轨道的空间碎片环境进行评估。而在“天宫一号”成功发射、顺利入轨后，又及时提供了飞船实际运行高度及轨道的空间碎片平均通量的分布图，从而实现对飞船运行轨道的空间碎片环境进行评估。

　　“事实上，除了地面监测外，中国气象局还开启了风云一号、二号气象卫星，实现天地双重监测，保障‘天宫一号’顺利升空。”王劲松介绍说，我国的空间天气业务系统在设计之初便以天地一体化为目标，这也是我国空间天气业务不同于其他国家的显著特色。

　　其中，在天基监测方面，我国以风云系列卫星为核心，充分利用现有风云卫星平台装载空间天气仪器，大力推进空间天气天基监测，在轨的6颗风云卫星装载有5类空间天气监测设备。而在地基监测方面，在气象监测与灾害预警工程等项目的支持下，在14个省（自治区、直辖市）陆续建设了太阳、电离层和高层大气监测台站，共计9类近20套设备正陆续投入业务运行或试运行。

　　“天宫一号”实现了顺利升空，而国家空间天气监测预警中心并没有停止提供空间天气保障服务。相反，在其运行期间，还将继续对运行轨道的空间辐射环境、高层大气环境、空间碎片环境和电离层环境进行评估，及时制作提供空间天气警报，给出恶劣空间天气事件的预警信息和空间天气环境对“天宫一号”在轨运行的影响分析。

　　上图 国家空间天气监测预警中心的工作人员正密切监视空间天气形势，为保证“天宫一号”顺利运行，不放过每一个细节。

　　（资料图片）

　　下图 “天宫一号”的发射升空，激发了小航天迷对太空知识的极大兴趣。图为天津青少年活动中心的小学员们在兴趣盎然地展示自己制作的航天器模型。

　　（新华社发）