航天發(fā)射如何選時(shí)間窗口
太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)地球空間環(huán)境影響示意圖。
天氣預(yù)報(bào)為我們的生活帶來(lái)了便利，晴雨冷暖只需看看天氣預(yù)報(bào)就可提前知曉。
那你知道除了天氣預(yù)報(bào)外，還有空間天氣預(yù)報(bào)嗎？是的，航天器“出門(mén)”就是要看空間天氣預(yù)報(bào)的！
如何為航天器選一個(gè)適合發(fā)射的時(shí)間窗口呢？
問(wèn)：何為空間天氣預(yù)報(bào)？
答：空間天氣預(yù)報(bào)，是以一定形式給出某種空間環(huán)境要素未來(lái)或未知的狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)，空間天氣預(yù)報(bào)分為常規(guī)預(yù)報(bào)和專項(xiàng)預(yù)報(bào)。常規(guī)預(yù)報(bào)是一項(xiàng)持續(xù)性工作，會(huì)對(duì)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的空間環(huán)境狀態(tài)或事件進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)。而專項(xiàng)預(yù)報(bào)是以滿足專業(yè)用戶某方面特定需求而進(jìn)行的預(yù)報(bào)。
比如，重大航天任務(wù)發(fā)射之前，都要進(jìn)行常規(guī)預(yù)報(bào)，以確定一個(gè)比較合適的發(fā)射時(shí)間。神舟一號(hào)飛船在發(fā)射之前，曾因“將出現(xiàn)獅子座流星雨”的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，推遲了發(fā)射期。
問(wèn)：空間天氣預(yù)報(bào)在我國(guó)有何發(fā)展歷史？
答：從1970年“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星發(fā)射開(kāi)始，空間天氣預(yù)報(bào)就貫穿了我國(guó)航天發(fā)展史。當(dāng)年，在極其艱苦簡(jiǎn)陋的條件下，十幾位科學(xué)家靠著手搖計(jì)算機(jī)和計(jì)算尺，根據(jù)幾篇相關(guān)論文中的圖片，經(jīng)過(guò)三四個(gè)月的努力，最終計(jì)算出“東方紅一號(hào)”的輻射能譜和所受輻射通量，為衛(wèi)星成功發(fā)射奠定了基礎(chǔ)。“東方紅一號(hào)”也成為世界上最早考慮輻射帶防護(hù)的衛(wèi)星之一。
發(fā)展至今，空間天氣預(yù)報(bào)已成為航天不可或缺的一部分。在載人航天工程系統(tǒng)組成中，空間天氣預(yù)報(bào)屬于空間應(yīng)用系統(tǒng)下的空間環(huán)境保障分系統(tǒng)。
問(wèn)：空間天氣預(yù)報(bào)內(nèi)容有哪些？
答：與常規(guī)天氣預(yù)報(bào)一樣，空間天氣預(yù)報(bào)內(nèi)容非常廣泛。它包括太陽(yáng)活動(dòng)、行星際環(huán)境、地球磁場(chǎng)環(huán)境、磁層粒子環(huán)境、電離層環(huán)境、中高層大氣環(huán)境、微流星及空間碎片環(huán)境等多方面的預(yù)報(bào)。
目前，空間天氣預(yù)報(bào)大部分用于航天方向。比如進(jìn)行“神舟系列”“嫦娥系列”的空間環(huán)境保障等。但也有部分空間天氣預(yù)報(bào)開(kāi)始進(jìn)行更多方向、更多用戶的探索。比如航空領(lǐng)域、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、災(zāi)害應(yīng)急系統(tǒng)等。
問(wèn)：什么天氣算是適合發(fā)射的好天氣？
答：對(duì)地球而言，太陽(yáng)活動(dòng)是空間天氣的源頭。惡劣空間天氣環(huán)境主要由耀斑和日冕物質(zhì)拋射引起，絕大部分由黑子群或活動(dòng)區(qū)復(fù)雜磁場(chǎng)釋放的能量所致。太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)，會(huì)引起地球空間環(huán)境的一系列擾動(dòng)。比如，耀斑會(huì)突然引起電離層騷擾、太陽(yáng)質(zhì)子事件、極蓋吸收事件等；日冕物質(zhì)拋射會(huì)引發(fā)地磁暴、熱等離子體注入、高能電子暴、電離層暴、高層大氣密度增加等。
以上事件，都會(huì)在不同程度上對(duì)航天器造成影響。因此，一般來(lái)說(shuō)，如果沒(méi)有太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)，或者太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)對(duì)地球空間環(huán)境的影響比較小，都可視為適合發(fā)射的好天氣。
問(wèn)：空間天氣預(yù)報(bào)只針對(duì)航天器上天之前嗎？
答：并不是。航天器在不同階段，都有空間天氣預(yù)報(bào)的參與。比如，在衛(wèi)星上天之前的方案設(shè)計(jì)和研制階段，研制部門(mén)會(huì)同預(yù)報(bào)部門(mén)一起，分析衛(wèi)星將面臨的空間環(huán)境，給衛(wèi)星設(shè)計(jì)相應(yīng)防護(hù)，使衛(wèi)星在太空中具備一定的抵御空間天氣事件能力。衛(wèi)星發(fā)射之后，預(yù)報(bào)部門(mén)也會(huì)長(zhǎng)期、連續(xù)地開(kāi)展空間天氣預(yù)報(bào)，并提供給衛(wèi)星運(yùn)管部門(mén)。這樣，在太陽(yáng)風(fēng)暴發(fā)生期間，運(yùn)管部門(mén)可根據(jù)預(yù)案，采取調(diào)整衛(wèi)星工作模式或是臨時(shí)關(guān)機(jī)等方式，來(lái)規(guī)避太陽(yáng)風(fēng)暴的影響。
問(wèn)：有針對(duì)空間站的專門(mén)空間天氣預(yù)報(bào)嗎？
答：當(dāng)然有。預(yù)報(bào)部門(mén)不僅要在發(fā)射任務(wù)前提供空間環(huán)境保障服務(wù)，還將開(kāi)啟全天候空間環(huán)境保障模式，不間斷地為空間站在軌安全運(yùn)行保駕護(hù)航。
空間站的運(yùn)行期為10余年，長(zhǎng)周期在軌將面臨更加復(fù)雜多變的空間環(huán)境要素威脅，使工程任務(wù)越來(lái)越復(fù)雜。在此期間，影響載人空間站運(yùn)行和航天員飛行安全的軌道空間環(huán)境，主要是高能帶電粒子輻射環(huán)境和高層大氣環(huán)境及流星體環(huán)境等。
這些環(huán)境變化，主要受太陽(yáng)活動(dòng)和地磁活動(dòng)制約。如產(chǎn)生太陽(yáng)質(zhì)子事件，引起高能輻射環(huán)境變化等。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。這些因素，都將對(duì)空間站的運(yùn)行產(chǎn)生威脅。因此，進(jìn)行專門(mén)的空間天氣預(yù)報(bào)是很有必要的。
問(wèn)：為了我國(guó)空間站正常運(yùn)行，我們做了哪些空間天氣預(yù)報(bào)？
答：早在我國(guó)空間站的天和核心艙發(fā)射前一年，預(yù)報(bào)部門(mén)就進(jìn)入了保障狀態(tài)。先后為有關(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，為后續(xù)預(yù)報(bào)任務(wù)的制定和實(shí)行奠定了基礎(chǔ)。
從天和核心艙發(fā)射前3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。
從天和核心艙入軌開(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)?？臻g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，以確?？臻g站安全穩(wěn)定運(yùn)行。
（來(lái)源：中國(guó)軍網(wǎng)-解放軍報(bào) 蘇子安 作者系中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心博士）
