航天發(fā)射如何選時間窗口
太陽活動對地球空間環(huán)境影響示意圖。
天氣預(yù)報為我們的生活帶來了便利，晴雨冷暖只需看看天氣預(yù)報就可提前知曉。
那你知道除了天氣預(yù)報外，還有空間天氣預(yù)報嗎？是的，航天器“出門”就是要看空間天氣預(yù)報的！
如何為航天器選一個適合發(fā)射的時間窗口呢？
問：何為空間天氣預(yù)報？
答：空間天氣預(yù)報，是以一定形式給出某種空間環(huán)境要素未來或未知的狀態(tài)。一般來說，空間天氣預(yù)報分為常規(guī)預(yù)報和專項預(yù)報。常規(guī)預(yù)報是一項持續(xù)性工作，會對未來一段時間內(nèi)的空間環(huán)境狀態(tài)或事件進(jìn)行動態(tài)預(yù)測。而專項預(yù)報是以滿足專業(yè)用戶某方面特定需求而進(jìn)行的預(yù)報。
比如，重大航天任務(wù)發(fā)射之前，都要進(jìn)行常規(guī)預(yù)報，以確定一個比較合適的發(fā)射時間。神舟一號飛船在發(fā)射之前，曾因“將出現(xiàn)獅子座流星雨”的準(zhǔn)確預(yù)報，推遲了發(fā)射期。
問：空間天氣預(yù)報在我國有何發(fā)展歷史？
答：從1970年“東方紅一號”衛(wèi)星發(fā)射開始，空間天氣預(yù)報就貫穿了我國航天發(fā)展史。當(dāng)年，在極其艱苦簡陋的條件下，十幾位科學(xué)家靠著手搖計算機(jī)和計算尺，根據(jù)幾篇相關(guān)論文中的圖片，經(jīng)過三四個月的努力，最終計算出“東方紅一號”的輻射能譜和所受輻射通量，為衛(wèi)星成功發(fā)射奠定了基礎(chǔ)。“東方紅一號”也成為世界上最早考慮輻射帶防護(hù)的衛(wèi)星之一。
發(fā)展至今，空間天氣預(yù)報已成為航天不可或缺的一部分。在載人航天工程系統(tǒng)組成中，空間天氣預(yù)報屬于空間應(yīng)用系統(tǒng)下的空間環(huán)境保障分系統(tǒng)。
問：空間天氣預(yù)報內(nèi)容有哪些？
答：與常規(guī)天氣預(yù)報一樣，空間天氣預(yù)報內(nèi)容非常廣泛。它包括太陽活動、行星際環(huán)境、地球磁場環(huán)境、磁層粒子環(huán)境、電離層環(huán)境、中高層大氣環(huán)境、微流星及空間碎片環(huán)境等多方面的預(yù)報。
目前，空間天氣預(yù)報大部分用于航天方向。比如進(jìn)行“神舟系列”“嫦娥系列”的空間環(huán)境保障等。但也有部分空間天氣預(yù)報開始進(jìn)行更多方向、更多用戶的探索。比如航空領(lǐng)域、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、災(zāi)害應(yīng)急系統(tǒng)等。
問：什么天氣算是適合發(fā)射的好天氣？
答：對地球而言，太陽活動是空間天氣的源頭。惡劣空間天氣環(huán)境主要由耀斑和日冕物質(zhì)拋射引起，絕大部分由黑子群或活動區(qū)復(fù)雜磁場釋放的能量所致。太陽爆發(fā)活動，會引起地球空間環(huán)境的一系列擾動。比如，耀斑會突然引起電離層騷擾、太陽質(zhì)子事件、極蓋吸收事件等；日冕物質(zhì)拋射會引發(fā)地磁暴、熱等離子體注入、高能電子暴、電離層暴、高層大氣密度增加等。
以上事件，都會在不同程度上對航天器造成影響。因此，一般來說，如果沒有太陽爆發(fā)活動，或者太陽爆發(fā)活動對地球空間環(huán)境的影響比較小，都可視為適合發(fā)射的好天氣。
問：空間天氣預(yù)報只針對航天器上天之前嗎？
答：并不是。航天器在不同階段，都有空間天氣預(yù)報的參與。比如，在衛(wèi)星上天之前的方案設(shè)計和研制階段，研制部門會同預(yù)報部門一起，分析衛(wèi)星將面臨的空間環(huán)境，給衛(wèi)星設(shè)計相應(yīng)防護(hù)，使衛(wèi)星在太空中具備一定的抵御空間天氣事件能力。衛(wèi)星發(fā)射之后，預(yù)報部門也會長期、連續(xù)地開展空間天氣預(yù)報，并提供給衛(wèi)星運管部門。這樣，在太陽風(fēng)暴發(fā)生期間，運管部門可根據(jù)預(yù)案，采取調(diào)整衛(wèi)星工作模式或是臨時關(guān)機(jī)等方式，來規(guī)避太陽風(fēng)暴的影響。
問：有針對空間站的專門空間天氣預(yù)報嗎？
答：當(dāng)然有。預(yù)報部門不僅要在發(fā)射任務(wù)前提供空間環(huán)境保障服務(wù)，還將開啟全天候空間環(huán)境保障模式，不間斷地為空間站在軌安全運行保駕護(hù)航。
空間站的運行期為10余年，長周期在軌將面臨更加復(fù)雜多變的空間環(huán)境要素威脅，使工程任務(wù)越來越復(fù)雜。在此期間，影響載人空間站運行和航天員飛行安全的軌道空間環(huán)境，主要是高能帶電粒子輻射環(huán)境和高層大氣環(huán)境及流星體環(huán)境等。
這些環(huán)境變化，主要受太陽活動和地磁活動制約。如產(chǎn)生太陽質(zhì)子事件，引起高能輻射環(huán)境變化等。地磁暴期間，高層大氣密度會迅速上升，導(dǎo)致低軌道上航天器的阻力增加，從而改變航天器的正常運行軌道，增大航天器定軌和軌道預(yù)測的誤差。這些因素，都將對空間站的運行產(chǎn)生威脅。因此，進(jìn)行專門的空間天氣預(yù)報是很有必要的。
問：為了我國空間站正常運行，我們做了哪些空間天氣預(yù)報？
答：早在我國空間站的天和核心艙發(fā)射前一年，預(yù)報部門就進(jìn)入了保障狀態(tài)。先后為有關(guān)部門提供了空間站任務(wù)期空間環(huán)境預(yù)報和影響評估分析，為后續(xù)預(yù)報任務(wù)的制定和實行奠定了基礎(chǔ)。
從天和核心艙發(fā)射前3個月開始，預(yù)報中心持續(xù)不斷地向工程有關(guān)部門提供空間環(huán)境預(yù)報報告，對發(fā)射窗口的空間環(huán)境狀況進(jìn)行精密分析和預(yù)測，并分析空間環(huán)境可能對天和核心艙的影響，給出了精確的短期預(yù)報結(jié)論。
從天和核心艙入軌開始，預(yù)報中心進(jìn)入空間站在軌飛行空間環(huán)境保障任務(wù)狀態(tài)。空間環(huán)境預(yù)報員24小時值班，時刻監(jiān)視空間環(huán)境變化，對太陽輻射、太陽質(zhì)子事件、地磁暴、大氣密度等空間環(huán)境要素進(jìn)行監(jiān)測、預(yù)報、警報和影響分析，及時報告空間環(huán)境態(tài)勢，評估空間環(huán)境變化對載人空間站可能帶來的威脅，協(xié)助空間站系統(tǒng)和航天員及時規(guī)避未知的空間環(huán)境危害，以確?？臻g站安全穩(wěn)定運行。
（來源：中國軍網(wǎng)-解放軍報 蘇子安 作者系中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心博士）
