互动科普

实时监测空间环境

空间环境探测的主要目的是保障飞行器和航天员在空间环境中的安全。

耀斑、日冕物质抛射（CME）等太阳爆发活动会引起高强度的空间辐射，这种增强的辐射可能表现为等离子体（粒子），也可能表现为电磁辐射（光），它们会引起地球周围空间中粒子环境和磁场环境的剧烈变化，是地球空间环境扰动的主要原因。

空间环境中，有很多因素会对航天器和航天员产生影响。比如，高层大气的阻力会影响航天器的轨道和寿命；高层大气中的氧基本是以游离的单个氧原子的形式存在的，它们具有很强的氧化性，会侵蚀航天器的材料；出现在地球附近的微小流星体，以及来自各种航天器的空间碎片，会威胁到航天器的安全；高能带电粒子的轰击，可导致“单粒子事件”和星载材料、器件的性能衰退，太阳能电池的输出功率下降；等离子体能引起航天器表面带电，严重时电位可高达2万伏，放电时的强电流可导致航天器彻底报废，放电发出的电磁辐射，也会干扰航天器的工作；太阳发出的紫外辐射、X射线等高能电磁辐射，使高层大气温度增加，改变航天器表面材料的特性，增大大气阻力，使航天器提前陨落⋯⋯

图. 带电粒子辐射探测器

因此，必须要对这些因素进行实时监测，为保证航天员出舱活动和飞行器、设备的安全提供详细的空间环境信息。

天宫一号上的空间环境监测及物理探测系统包括带电粒子辐射探测器、轨道大气环境探测器、电离层扰动探测器以及空间环境控制单元。

带电粒子辐射探测器可以获得空间粒子辐射信息；轨道大气环境探测器可以对目标飞行器轨道空间的大气成分、压力和密度等进行测量；电离层扰动探测器通过探头接收全球卫星导航系统穿过电离层的GPS信号，提取电离层扰动数据。

到目前为止，空间环境监测系统通过近300天的在轨工作，获取了天宫一号运行轨道上高能电子、高能质子的主要分布以及轨道大气成分、大气密度、表面微质量及其时空变化等空间环境数据，为保证飞行器和航天员的安全提供了必要的信息。另一方面，通过对这些数据进行分析，找到空间环境变化的影响因素和规律，也可以为将来的空间环境预报打下基础。

（本文发表于《科学世界》2012年第8期）