太陽活動到底對航天活動的影響有多大?

2019年04月30日
在地球要去“流浪”的消息刷爆銀河系朋友圈之后,各路星體們可是不答應了,盡管地球一再解釋,“流浪”還只是個不成熟的設想,最終評論區還是在一片“胡思亂想”的聲音中“淪陷”了。
無奈的地球向行星好友金星和火星尋求心理疏導,兩位好友又拉上了水星,他們共同翻開了太陽大哥寫的《太陽不完全使用手冊》。
太陽的自述
“我是你們世界的中心,在這里所有星體都圍著我轉,太陽系的總重我一個人就占99.8%,一切的能源,無論是上古時期存下的石油和煤炭,還是現在照射著你的光,都來自我這兒,比如地球,我只用了22億分之一的光能,就制造了他現在所有的生態和文明。”
“你們所有星體都沐浴在由我發出的光和等離子體構成的太空環境中,現在地球管這種環境叫作‘空間天氣’,我本人倒是不在意這一點,不管叫什么,你們也都是沐浴在我創造的世界里。”
根據對多次航天任務的統計,地球他們發現有近半數的故障和異常都與太陽的三輪襲擊有關。如果中國想2020年發射火星探測器并登陸火星,2022年建成自己的空間站,實現長期載人在軌駐留,就必須了解太陽活動制造的多種不良空間天氣對航天活動造成的影響。
摩擦吧!飛船
宇宙中是真空環境,和誰摩擦呢?原來,空間站的軌道高度一般在400千米左右,這里的大氣極為稀薄,近似為真空,不過,由于飛船的速度很快,而摩擦產生的阻力恰恰與速度的平方成正比,再小的數字乘以7800的平方也將變得不容忽視。太陽活動則會進一步導致軌道大氣密度的增大,從而使飛船軌道高度快速下降。2003年10月底,神舟五號軌道艙就曾因太陽活動造成軌道高度快速下降300米,如不進行軌道高度修正,飛船就會提前墜落。
太陽活動會導致飛船軌道高度快速下降
我聽不見!你再說一遍
航天任務的核心組成部分之一是通信?;袢『教炱髯刺?、跟蹤和定位航天器、接收數據和對其發出指令都依靠無線電通信,而太陽風暴制造的電離層擾動則是影響通信的一大殺手锏。由太陽耀斑造成的電離層突然騷擾、太陽高能質子引起的極蓋吸收和地磁暴中常伴的電離層暴,都會造成電離層結構和密度的不均勻,從而使得本該穿過的信號被反射回來,或是信號強度被大幅衰減,嚴重時造成通信中斷。
直接撞壞
太陽質子等粒子雖然很小,但是在太陽活動時它們的數量會增大,而這些來自太陽的小搗蛋們就一批又一批的直接撞向航天器以及它所攜帶的各種設備上,構成設備的元器件的性能也隨著太陽質子撞擊時所產生的電離作用而逐漸改變,劑量的變化直接對應電離效果總和的積累,一旦達到元器件的耐受范圍就會出現失效甚至是故障。
葵花點穴手
航天設備中含有大量半導體器件,雖然都是超一流的品質,但也會受到一些以單個高能粒子形式出現的攻擊。對于半導體器件,一旦高能粒子累積后產生足夠的電子-空穴對,形成一個電信號后,就會造成錯誤的邏輯狀態或指令,比如做出異?;?,或者在不該做什么的時候偏偏做了,從而造成嚴重后果。這種單粒子效應也和太陽質子事件密切相關,正所謂“葵花點穴手,命中就讓你抖一抖!
太陽活動會導致航天器元器件失效甚至故障
不給你充電!
航天設備上一個非常關鍵的能源部件就是太陽能板,它承擔了絕大部分航天器在太空中運行的能源問題,一旦受損將很大地影響任務的完成度。主要由太陽質子構成的高能粒子流,能夠直接與器件中的原子發生碰撞,造成原子脫離原有的位置。太陽爆發較強活動時,這種位移出現的頻率和大小都會增大,嚴重時會影響成像設備的正常工作,以及損毀太陽能板和電池,造成電量儲備和輸出功率的不足,這對載荷的工作將是致命的。
讓你亂放電
太陽不斷地釋放著等離子體,這對于在太空中的航天器來說就要不停地與這些微粒相撞,組成等離子體的帶電粒子也就不客氣地吸附在航天器表面了,電子帶負電,相應的航天器也就帶上了負電。因為結構和材料的限制,航天器各部位之間會形成電勢差,這就給電子流動制造了適宜的條件,而一旦電流在航天器上肆意亂跑,就可能造成放電,甚至是燒毀器件。太陽釋放出的大量帶電粒子在與地球南北磁極上空的大氣碰撞時不僅產生了極光,還通過制造充放電效應給航天器添了不少麻煩。
內傷不顯眼,后果很嚴重
除了表面充放電,在大量高能電子的轟擊過程中,航天器的外部蒙皮和結構可能被射穿,而這些電子就直接躲進了航天器內部的絕緣部件中,并不斷累積起來。在器件內部越積越多的電荷和外部充電有著類似的風險,一旦放電,就會直接打擊到航天器內部,尤其是核心器件(一般都是被?;ぴ謐钅誆康奈恢茫?,這種由內向外的放電,更容易損毀敏感部件。
所以,太陽不僅僅為地球提供能量,它在影響地球的同時也給航天活動帶來了諸多影響,我們應該正確認識。
來源:知識就是力量公眾號
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