□本报记者 潘希
“对天宫一号任务的空间环境预报，对我们来说已经不是什么陌生的事了，空间环境预报中心在此之前已经开展了七次飞船的空间环境保障工作。为了这次任务，我们已经做了大量的准备工作。”尽管临近天宫一号发射，每天的工作很繁重，但中科院空间中心空间环境预报室主任刘四清仍然显得很放松。
其实，“就像天气预报不可能100%准确一样，空间天气的预报更难”，在接受《科学时报》采访时，刘四清表示，虽然起步相对较晚，但我国的空间环境监测和预报工作仍然做得有声有色，为我国航天事业起到了极好的支撑作用。
预报难度大
空间环境通常指地面上几十公里高度以上广大的宇宙空间，但目前与人类航天活动关系最为密切的仍只是日地空间环境。
刘四清介绍，耀斑等太阳爆发活动引起高强度的空间辐射，这种辐射的增强可能表现为等离子体（粒子），也可能表现为电磁辐射（光），它们是地球空间环境扰动的主要原因。我们目前所说的“空间天气”是指太阳、太阳风、磁层、电离层和中高层大气的状态及短时间内的改变。
“空间天气和地球上的天气在某种程度上来看是相同的。”刘四清介绍，和地球上阴、晴、雨、雪、干、湿等天气一样，空间天气也有风、雨等现象。
不同的是，空间天气中的“风”是高速运动的等离子体流，而不像地球上是流动的空气团；空间天气中的“雨”，也由磁层沉降的带电粒子组成，而不是地球上云雾凝聚成的大小水滴。
人类最早知道的空间天气现象，是原始人类首次看到的北极光。至于太阳风的存在，直至1958年才由美国科学家帕克最后证实。
随后，人类逐步得知太阳活动和地磁事件能对卫星操作、导航、极地高空飞行、电力输送、长途电话通讯、短波通讯、输油管道系统、地球物理勘探特别是航天飞机及空间站活动带来重大影响。
目前，空间环境监测和预报部门主要的数据来源，是国内国际各类科学卫星和监测太阳、地磁活动的有关地面台站。
“受太阳活动的影响，地球周围空间环境状态不断变化。太阳活动既有长至11年周期的变化，也有短至十几分钟的爆发过程。”刘四清说，要准确预报空间环境，需要参考的要素和数据有很多，加之空间环境的扰动过程非常复杂，所以预报难度“远远大于普通的天气预报”。
“针对天宫一号任务，不同阶段需要提供不同的预报。在发射前，我们的任务就是提供发射安全期预报”，刘四清说，在天宫一号发射期间，对于做空间环境预报的科研人员来说，“没有消息，就是好消息”。
在“风雨”中提供有力保障
虽然肉眼看来太空中空无一物，但在科研人员眼中，这里除了深空中的小行星、行星及彗星等“实体”，还充满了中性气体、电离气体、等离子体、各种能量的带电粒子、种种尺度的流星体和空间碎片，以及引力场、电场、磁场和各种波长的电磁辐射。
空间环境的变化对飞行器的影响到底有多大？
刘四清介绍，空间环境中，除高层大气的阻力影响航天器的轨道和寿命外，原子氧的剥蚀破坏航天器材料；出现在地球附近的微小流星体，以及来自各种航天器并不断积累的空间碎片，以各种方式威胁航天器的安全；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……
“表面平静时，太阳几乎不发射高能带电粒子，但一旦发生大的太阳爆发，高强度的高能带电粒子就充斥空间。”刘四清说，突然的太阳爆发同样可能造成大气密度的急剧上升。
例如，1981年4月12日，美国哥伦比亚号航天飞机首次飞行即遭遇大磁暴，轨道下降速度比预计快60%，幸好携带燃料足够、采取措施及时才幸免于难。
此后，美、俄、欧、日等航天组织无不投入巨资，开展空间环境的监测和预报工作。
刘四清说，目前，国际上对空间环境的许多物理过程认识还很不全面，各国的空间天气预报大多仅限于太阳活动和地磁场扰动程度。
而航天任务需要更直接影响安全和运行管理的空间环境参数预报。例如，太阳质子事件的强度和在载人航天轨道上的能谱、通量，轨道大气密度预报等，这些都需通过专门研究，然后形成有针对性的定量预报。
但让刘四清倍感自豪的是，尽管数据有限，理论模型和硬件条件不如发达国家，但在载人航天工程的支持下，我国空间环境研究人员通过不懈的努力和认真的工作，出色地完成了我国载人飞船的空间环境保障任务。她表示，预报中心将一如既往地做好空间环境预报工作，为天宫一号任务保驾护航。
《科学时报》 (2011-09-30 A2 中科院助力天宫寻梦专题报道)
