日常生活中,,我們習(xí)慣了出門(mén)要先看看天氣預(yù)報(bào),。其實(shí)在太空中也是如此——空間環(huán)境預(yù)報(bào)對(duì)保證航天員的工作,、保障載人空間站的安全非常重要,。
中科院空間環(huán)境預(yù)報(bào)中心承擔(dān)著空間環(huán)境預(yù)報(bào)的任務(wù),,不僅要為發(fā)射任務(wù)提供空間環(huán)境保障服務(wù),,還將開(kāi)啟全天候的空間環(huán)境保障模式,,不間斷地為我國(guó)載人空間站的在軌安全運(yùn)行保駕護(hù)航,。
影響載人空間站發(fā)射和運(yùn)行安全的軌道空間環(huán)境主要是大氣環(huán)境,、高能輻射環(huán)境和流星體環(huán)境等,。這些環(huán)境的變化主要受太陽(yáng)活動(dòng)和地磁活動(dòng)的制約。太陽(yáng)活動(dòng)是近地空間環(huán)境的擾動(dòng)源,,大的太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)直接影響近地空間環(huán)境,,如產(chǎn)生太陽(yáng)質(zhì)子事件引起高能輻射環(huán)境的變化,。地磁暴期間,高層大氣密度會(huì)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(yùn)行軌道,增大航天器定軌和軌道預(yù)測(cè)的誤差,。
載人空間站各個(gè)艙段的發(fā)射期(2021-2022年)處于第25太陽(yáng)活動(dòng)周的開(kāi)始和上升階段,,太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)的強(qiáng)度和頻次相對(duì)低一些。但是這并不意味著空間環(huán)境就可以平靜無(wú)虞了,。太陽(yáng)上的冕洞經(jīng)常連續(xù)幾個(gè)太陽(yáng)自轉(zhuǎn)周(27天)引起地磁擾動(dòng),,偶發(fā)的日冕物質(zhì)拋射也會(huì)時(shí)不時(shí)引起地磁暴。
最重要的是,,載人空間站的運(yùn)行期為10余年,,將橫跨第25太陽(yáng)活動(dòng)周,甚至延長(zhǎng)至第26太陽(yáng)活動(dòng)周,。長(zhǎng)期的在軌運(yùn)行,,工程任務(wù)將越來(lái)越復(fù)雜,將面臨更加復(fù)雜多變的空間環(huán)境要素威脅,。
首先,,空間站是一個(gè)大型航天器,導(dǎo)致其更容易遭受如空間粒子輻射,、原子氧腐蝕,、碎片撞擊等效應(yīng),它在軌時(shí)間很長(zhǎng),,這就使得空間環(huán)境效應(yīng)的累計(jì)效應(yīng)非常突出,。其次,空間站要正常運(yùn)行,,必備一個(gè)高壓供電系統(tǒng),,太空中的等離子體環(huán)境會(huì)導(dǎo)致弧光放電、電流泄露等效應(yīng)突出,。再次,,空間站將一直運(yùn)行在低軌道區(qū)域,大氣環(huán)境和碎片環(huán)境惡劣,,軌道衰變,、機(jī)械碰撞效應(yīng)更加顯著。對(duì)于航天員而言,,需要常駐在空間站,,并開(kāi)展出艙、交會(huì)對(duì)接等航天活動(dòng),,遭受空間輻射的概率大大增加,。在空間站長(zhǎng)期運(yùn)行任務(wù)中,,將包括核心艙、貨運(yùn)飛船,、載人飛船,、實(shí)驗(yàn)艙1、實(shí)驗(yàn)艙2,、光學(xué)艙等頻繁的發(fā)射和回收,,航天任務(wù)重,要保障這些飛行任務(wù)的空間安全,,需要的空間環(huán)境安全窗口更多,。
預(yù)報(bào)中心早在天和核心艙發(fā)射前一年就進(jìn)入保障狀態(tài),為有關(guān)部門(mén)提供了空間站任務(wù)期空間環(huán)境預(yù)報(bào)和影響評(píng)估分析,。長(zhǎng)達(dá)100多頁(yè)的分析報(bào)告,,對(duì)空間站任務(wù)期的整體空間環(huán)境態(tài)勢(shì)及其對(duì)任務(wù)的可能影響進(jìn)行了全面的分析,為后續(xù)預(yù)報(bào)任務(wù)的制定和實(shí)行奠定了基礎(chǔ),。
自2020年6月以來(lái),,預(yù)報(bào)中心對(duì)現(xiàn)有的空間環(huán)境預(yù)報(bào)保障系統(tǒng)進(jìn)行了全面的升級(jí)和改造,重點(diǎn)增加了針對(duì)空間站軌道預(yù)報(bào)的支持產(chǎn)品和針對(duì)航天員輻射安全的預(yù)警評(píng)估產(chǎn)品,,并于2021年1月完成了整個(gè)系統(tǒng)的建設(shè)和改造任務(wù),。
從天和核心艙發(fā)射前三個(gè)月開(kāi)始,預(yù)報(bào)中心持續(xù)不斷地向工程有關(guān)部門(mén)提供空間環(huán)境預(yù)報(bào)報(bào)告,,對(duì)發(fā)射窗口的空間環(huán)境狀況進(jìn)行精密的分析和預(yù)測(cè),,并分析空間環(huán)境可能對(duì)天和核心艙的影響,給出了精確的短期預(yù)報(bào)結(jié)論:太陽(yáng)不會(huì)發(fā)生強(qiáng)爆發(fā)活動(dòng),,地磁不會(huì)發(fā)生強(qiáng)擾動(dòng),,預(yù)計(jì)發(fā)射窗口的空間環(huán)境是安全的。從4月29日天和核心艙入軌開(kāi)始,,預(yù)報(bào)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(bào)員24小時(shí)值班,,時(shí)刻監(jiān)視空間環(huán)境的變化,,對(duì)太陽(yáng)輻射,、太陽(yáng)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(cè),、預(yù)報(bào),、警報(bào)和影響分析,及時(shí)報(bào)告空間環(huán)境態(tài)勢(shì),,評(píng)估空間環(huán)境變化對(duì)載人空間站可能帶來(lái)的威脅,,協(xié)助空間站系統(tǒng)和航天員及時(shí)規(guī)避未知的空間環(huán)境危害,,保障載人空間站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
未來(lái)10年甚至更長(zhǎng)時(shí)間,,預(yù)報(bào)中心將每天提供空間環(huán)境預(yù)報(bào)產(chǎn)品,,為載人空間站的安全運(yùn)行、航天員出艙,、交會(huì)對(duì)接,、空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)等任務(wù)提供及時(shí)的空間環(huán)境預(yù)報(bào)信息,為載人空間站的運(yùn)營(yíng)和航天員長(zhǎng)期駐留提供全生命周期的空間環(huán)境預(yù)報(bào)保障服務(wù),。