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空间天气的状态可能影响空间和地面技术系统的性能和可靠性，可能危及人类的生命和健康。恶劣的空间天气可引起卫星运行、通信、导航以及电站输送网络的崩溃，造成各方面的社会经济损失。 空间天气对航天器的影响 正如人们的生活受到自然界的风霜雨雪影响一样，静谧的太空也有着神秘莫测的"空间天气"。空间天气中的"风"是太阳风，"雨"是来自太阳的带电粒子雨；空间天气没有阴晴之分，但有太阳和地磁场的"平静"与"扰动"之别；空间天气不太关心"冷暖"，而特别注意太阳的紫外线和X射线辐射的变化。剧烈变化的空间天气状态对人类的航天活动有非常严重的影响，空间天气灾害可使卫星提前失效乃至陨落，通信中断，导航、跟踪失误。 磁层与航天器 磁层是地球控制的最外层区域，它直接与太阳风、行星际磁场接触，它的边界称为磁层顶。在太阳风的作用下，磁层形成复杂的结构。在向阳面，磁层顶距离地球大约有十几个地球半径；在背阳面，磁层有一个很长很长的柱形尾巴，称为磁尾，可延伸到数百上千个地球半径之外。磁层内有高能粒子组成的辐射带、低能粒子组成的等离子体层、等离子体片、等离子体幔和环电流等。太阳和行星际磁场的扰动和变化首先影响磁层，导致磁扰，严重时将产生磁暴、磁层亚暴等。这一变化的扰动还将耦合给电离层和高层大气，如发生电离层暴等。 磁层是航天器的主要活动区域，当航天器穿行其中时，高能带电粒子会对航天器材料、电子元器件、宇航员及生物样品造成辐射损伤。此外，高能带电粒子以单粒子方式轰击航天器上的微电子器件芯片，有可能改变微电子器件的逻辑状态，如由0变为1，这将可能导致系统控制程序或数据出错，产生伪指令，使航天器发生异常或故障，甚至导致灾难性后果。除了发生单粒子翻转事件，还可能发生单粒子锁定事件，造成航天器烧毁。大量的观测结果表明，低轨道上的单粒子事件仍然是影响航天器安全的重要因素，发生的区域主要集中在极区和辐射带异常区（南大西洋上空）。而高能电子还会造成卫星内部绝缘介质或元器件电荷堆积，引起介质深层充电，导致卫星故障。可见，磁层环境对航天器影响极大。 电离层与航天器 从离地面60千米开始，部分大气分子被太阳电磁辐射、粒子辐射电离，形成一个由电子、正离子和负离子以及中性粒子组成的空间电离介质区域，我们称这个存在于高层大气中的电离介质区域为电离层。电离层受太阳活动的影响表现为电离层突然骚扰和电离层暴，以及发生在极区的极盖吸收事件和极光带吸收事件。它们是因太阳色球层耀斑爆发、太阳局部地区扰动或磁扰而产生的。 任何以电磁波方式传输信号的通讯系统，都会受到电离层天气变化的影响。短波通信就是靠电离层反射实现的。由于电离层是一种不均匀传播介质，因此，电磁波通过它传播时将受到随机起伏的调制，即所谓电离层闪烁现象。电离层的快速随机变化会导致短波通信信道衰落，强衰落能导致通信中断。不仅如此，电离层的突然骚扰和电离层暴，以及极盖吸收事件和极光带吸收事件，将对短、中波产生严重的影响，尤其是电离层突然骚扰，它可以使得地球向阳半球的短波、中波无线电信号立即衰落甚至完全中断，时间最长可达数小时之久。远距离地面通讯长期以高频段(HF)通讯为主，当电离层发生大的扰动时，高频无线电信号会显著衰减，甚至可能导致通讯中断。卫星通讯主要使用超高频(UHF)和甚高频(VHF)信号，属短波通信，这两个频段的电磁波在穿透电离层时，电离层闪烁会使信号的振幅、相位和到达角都发生随机起伏，影响通讯质量，严重时可导致通讯中断。所以，卫星发射时，如果电离层受到扰动，它将对星地通讯和卫星的定位产生极大的影响。 日冕爆发与航天器 日冕爆发产生的高能粒子及电磁辐射会对航天器造成电磁干扰，会影响航天器表面材料的性质。高能等离子体会引起航天器带电，干扰航天器上各种科学探测仪器的工作，还会造成航天器上电介质放电击穿，但在行星际空间中等离子体对航天器的影响较弱。对在行星际空间中运行的航天器来说，最需要关注的是宇宙线的辐射损伤效应、单粒子事件效应和太阳电磁辐射的影响。 太阳高能粒子与航天器 太阳高能粒子事件对航天器的影响主要是太阳能电池和各种电子设备的损害，同时，在飞行器设计、发射、在轨运行和控制过程中都可能受到空间环境的影响。即使在没有突发性的空间天气事件发生时，低轨卫星在穿越南大西洋异常区时也会受到强烈的粒子辐射，因此，卫星在此区域发生的异常事件非常多。太阳高能粒子的轰击还会导致单粒子事件，改变计算机的软件指令，甚至导致微芯片的物理损坏。 空间辐射对航天员的影响 国际空间站的构建预示着空间中将会有越来越多的人类活动，对于空间天气可能在载人空间飞行方面造成的影响已经越来越受到关注。太阳爆发产生的高能粒子辐射会对从事太空活动的航天员的视网膜及其免疫系统造成极大影响，并会危及航天员的生命安全。 高能辐射是各种空间环境因素中对航天员生命安全构成的最大威胁。高能电磁辐射或粒子辐射穿入人体细胞，使组成细胞的分子电离，毁坏细胞的正常功能，当DNA受到损伤时对细胞的危害最严重，DNA的变异可遗传给后代。当人体受到一定剂量的辐射后，会患辐射病。辐射病的主要症状包括：严重灼伤、不能生育、肿瘤和其它组织的损伤。严重损伤可导致快速（几天或几周）死亡。 太阳爆发产生的高能粒子辐射通量可达到正常情况的上百倍，会危及航天员的生命安全。虽然这类事故尚未发生，然而地面实验室的模拟表明，太阳耀斑发射的高能粒子流将会对进行太空行走的航天员造成伤害，即使对在航天器中的航天员，也会造成相当严重的危害。1989年10月19日，美国亚特兰蒂斯号航天飞机在发射伽利略号飞船时，航天员眼睛感觉到有极明亮的刺眼的闪光，甚至在他们退至飞船屏蔽的最内部，眼睛还在闪烁，刺眼的闪烁持续着，直到质子事件逐渐消失。航天员眼睛所感觉到的这种闪光是由于能量粒子穿过视网神经造成的，如果这期间在舱外活动，航天员将受到致命的辐射吸收剂量。2003年的"万圣节风暴"是第23太阳活动周内最强烈的空间天气灾害，国际空间站的航天员不得不启用辐射防护舱。2005年1月20日的太阳质子事件是一次非常强的相对论太阳高能粒子事件，是1956年以来最强的相对论太阳高能粒子事件，是1976年GOES系列卫星发射后记录到的能量大于100MeV最强的太阳高能质子事件。这次事件的另一个特征是，能量大于100MeV的太阳高能质子从开始到达到峰值的时间是1976年以来GOES卫星记录到的时间最短的一次，这种事件对空间作业的航天员的威胁非常大。 航天活动应该尽量避开恶劣的空间天气事件，遇到恶劣空间天气事件时，应采取措施使恶劣空间天气事件的影响降到最低。为避免高能辐射的影响,载人航天器一般都在内辐射带高度以下(低于800千米)飞行。这样可以在一定程度上受到辐射带的保护。研究显示，载人航天将成为未来最为重要的空间天气服务用户之一。 特大耀斑所释放的高能粒子对人类的危害就像核辐射对人类的危害。地球的大气层和磁层对地面上的人们可以起到足够的保护作用，但太空中的航天员则缺少这种保护屏障，面临潜在的辐射危害。如果航天员在空间辐射的高峰期走出航天器，就有可能因粒子的袭击而受伤甚至死亡。辐射效应会造成人体细胞、组织、乃至器官的辐射损伤，辐射损伤的严重程度与辐射剂量大小有关。为了保证航天员的安全，在空间工作的航天员有严格的辐射剂量限值。航天活动应该尽量避开恶劣的空间天气事件，遇到恶劣空间天气事件时，应采取措施使恶劣空间天气事件的影响降到最低。
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發表於 2013-8-22 13:19:34
狗仔卡
