空间环境预报在中国载人航天工程中到底发挥了哪些重大支持作用呢?大家可以从下面几个具体实例中得到一些初步认识。
(1)绿灯为神舟放行
神舟号飞船何时起飞?她的“黄道吉日”是如何定出来的?可以说,空间环境预报中心充当了一名现代航天技术的“算命先生”,不过科学家们依据的不是“阴阳五行”和“生辰八字”,而是现代科学认知的客观规律。更准确地说,就是科学家对神舟号飞船所要去的那个空间环境情况的深入了解。
飞船在某月、某日、某时、某刻可不可以发射,不单纯是由飞船、火箭系统来决定的,空间环境预报中心提供的空间环境条件,也是一个重要的考虑因素。即使依据飞船预定轨道、测控需求以及地面气象等因素确定的发射窗口条件满足了,但是发射时刻和飞船计划在轨运行的时间段内,空间环境因素不好,飞船同样也不能发射。
为保障飞船的顺利发射和安全运行,必须选择空间环境条件较好的时期,也就是太阳活动相对比较平静的日子。因为太阳活动活跃的时候,例如出现太阳耀斑、日冕物质抛射、太阳质子事件等,就会在轨道空间造成强烈的粒子辐射和电磁扰动、地磁扰动,这些现象都会给航天器的发射和在轨运行造成极大的危险。
每次飞船发射之前,空间环境预报中心都要为飞船出行找到一段相对平静的有利于太空飞行的空间天气。为此,空间环境科学家要对可能影响飞船发射和运行安全的各种空间环境因素,包括因太阳质子事件引起的辐射环境、电磁环境,以及可能出现的微流星、流星雨等各方面因素作全面的分析和预测,对选定的发射时间和在轨运行期间的空间环境状况进行预报和评估,如果认为选择的日子不错,就打开绿灯为神舟放行,给出发射安全预报,为决策者提供依据。
(2)指引飞船规避“陷阱”
神舟号飞船安全进入太空后,空间环境预报中心的科学家们时刻监视着她在空间的位置,对那些可能危及安全的环境因素和事件进行分析、预测。当遇到危险情况时,就会开启黄灯甚至是红灯。受地磁场的捕获和束缚,在近地空间环境中,存在一个高能质子和高能电子聚集区——辐射带。由于地球磁场在南大西洋上空的畸变,该区域辐射带下边缘往下延伸到几百千米的高度,航天器经过这个区域,都将遭遇恶劣的高能辐射环境,飞船上的电子设备可能因此故障频发,有时甚至造成无法恢复的永久性失效,所以,该区域是飞船需要规避的“陷阱”。
空间环境预报中心按神舟号飞船实际轨道,计算经过那里的时间,准确分析、预测那里的辐射环境现状,评估辐射可能对飞船和船上仪器设备造成的危害程度,然后根据飞船各种设备的运行工作状态,分别开启黄灯或红灯,建议某些设备应当关机停止工作,某些设备应当改变工作模式以防止损伤。空间环境预报科学家们的日夜呵护,换来的是飞船一路平安,以及所有空间应用任务的圆满成功。
(3)航天员的环境卫士
空间辐射环境是对航天员安全与健康威胁最大的因素之一,为了准确掌握其危害程度,利用神舟5号、神舟6号载人飞行的机会,空间环境预报中心根据实际观测到的飞船轨道,利用自行研制的分析计算软件,对航天员遭遇的辐射剂量当量进行了全程实时跟踪计算和研究,得到了飞船载人舱内的瞬时辐射剂量当量率和积分辐射剂量,以及舱内人体四种器官的瞬时辐射剂量当量率和积分辐射剂量当量。
研究发现,在飞船将近一天的载人飞行中,航天员晶状体、皮肤、骨髓(造血器官)、睾丸等器官遭受的辐射剂量当量率分别约为0.05,0.06,0.05,0.05毫希沃特,飞船载人舱内的积分辐射剂量约为8毫拉德。如果实时剂量率过高或累积剂量超过警戒值时,科学家们就会提出建议,要求航天员采取一定的规避措施。
这一研究成果对于我国未来长时间载人航天飞行和航天员出舱活动等的环境预报工作储备了技术基础。神舟7号航天员能够充满自信地跨出舱门,进入太空并安全返回,就是因为在他们身后,有一群忠于值守的环境卫士为他们提供安全保障。