解密神舟四——空间气象站

正如飞机的飞行安全会受到雷电、暴风骤雨等大气天气条件的影响一样,飞船和航天员的运行安全也会受到太空中的“空间天气”的影响。

“神舟”四号将国内现有的各种用于空间环境探测的仪器都纳入到空间环境监测系统中,装上飞船,发挥其“太空哨兵”的作用,在飞船发射、运行、返回和在轨运行期间,进行了空间环境监测,及时将“空间天气”情况通报给飞船控制管理人员,为下一步载人打下基础。

据科学家介绍,尽管“神舟”号飞船运行的轨道真空度很高,但也不是空无一物,如太空中的高速带电粒子的运动速度从每秒钟几百米到每秒钟几万公里,其穿透能力很强,可射入飞船内部,干扰电子设备的工作,损伤或损坏设备及材料。同时也会影响航天员的生命安全。而大量的低速粒子打到飞船上可使飞船表面带静电,有时可达上千伏。静电及其放电会产生电磁干扰,影响飞船和地面的通信、船内设备的工作、太阳电池的工作效率及飞船表面的温控层等。飞船轨道空间还有稀薄的大气,能造成飞船减速,导致飞船轨道高度每天下降几米。在太阳风暴时,大气密度成倍增加,飞船轨道高度下降加快,最多时每天可下降上百米。此时必须对飞船的轨道进行调整,否则飞船就会逐渐坠入大气层烧毁。飞船轨道高度的大气成分与地面不同,主要成分为原子氧,具有很强的活性,它会腐蚀飞船的表面材料、光学镜头等,使暴露在飞船外的材料性能变差。飞船轨道空间还有许多微小的空间碎片和微流星等,它们撞击在飞船表面,会打出无数个小坑。

上述这些空间环境就使太空中“空间天气”有时很宁静,有时是“狂风骤雨”。为保证“神舟”飞船和航天员的在轨运行安全,就需要对飞船轨道环境进行监测,实时掌握“空间天气”情况,为飞船控制和航天员活动提供环境依据。

“神舟”四号飞船安装了大批空间环境探测仪器,首次进行了系统的、较全面的探测。这也是我国首次在该轨道进行大规模探测。探测仪器包括安装在轨道舱的高能质子重离子探测器、高能电子探测器、低能粒子探测器,安装在返回舱的固体径迹探测器,这些探测器对轨道空间的各种带电粒子进行监测。而单粒子探测器和2台表面电位探测器监测了这些带电粒子引起的单粒子效应和飞船表面静电电位。

这近10台探测仪器是我国科技工作者多年研制的精华,与国外同类仪器相比在综合性能上具有一定的先进性。更重要的是它们首次全面获得了飞船轨道空间的第一手综合性资料。