风云四号的“神秘”载荷们——空间环境仪器包 2016-12-12电磁监测试验卫星高能粒子探测器

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电磁监测试验卫星高能粒子探测器
中国科学院粒子天体物理重点实验室
中国科学院粒子天体物理重点实验室 100049
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摘要 中国处于两大地震带之间,作为一个多地震的国家十分重视地震研究。电磁监测试验卫星由中国地震局牵头,科学目标是建立一个监测全球空间环境的试验平台,这一平台将为探索地震前兆信息、空间环境监测预报和地球系统科学研究提供新的技术手段服务,为未来建立地震前兆电磁监测卫星业务化系统进行技术准备。
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中国科学院粒子天体物理重点实验室. 电磁监测试验卫星高能粒子探测器[J]. 现代物理知识, 2016, 28(5): 40-41.
$author.xingMing_EN. [J]. Modern Physics, 2016, 28(5): 40-41.

风云四号的“神秘”载荷们——空间环境仪器包 

2016-12-12NCSW空间天气

 

国家卫星气象中心 / 国家空间天气监测预警中心  

   风云四号科研试验卫星上携带了各式各样的仪器设备,有开创性的能给大气层做全身CT”的干涉式大气垂直探测仪;有拥有14个不同波段、灵敏度、分辨率都达到新水准的静止轨道辐射成像仪;有一秒钟高速记录500张照片的闪电成像仪;还有一个被称作空间环境仪器包的神秘载荷!

从26年前的惨痛教训说起!

1990年11月,就在风云一号B星卫星入轨工作仅仅两个月时间,太阳爆发了一次较强耀斑活动,所释放出的大量高能粒子对风云一号B星直接轰击,造成单粒子事件,最终导致卫星姿态控制计算机失常,卫星失控并连续翻转。虽然经地面控制人员紧急纠正计算机程序,卫星恢复正常,但由于这次事件造成的燃料损失,最终导致预期寿命一年的风一B星在次年2月提前失效。

由此可见,卫星飞行和工作的空间环境绝非平静世界,反而,在太阳活动的影响下可谓“暗流汹涌”,为了保证卫星和载人空间活动的顺利进行,就必须对空间环境有足够的认识,积极开展空间天气预报,而风四01星就是肩负着这样一份“神秘”的监测任务。

间环境仪器包的功效

简单概括空间环境仪器监测的项目包括地球磁场、太阳风动压、静止轨道高度高能质子和电子情况以及卫星关键仪器所受辐射剂量和充放电情况。一系列的监测工作分别由磁场强度计、高能粒子探测器、辐照剂量仪、充电电位探测器来完成。


由于空间天气的特殊性,多数事件都与太阳活动有关,身处静止轨道的风云四号01星是非常好的空间监测平台,地磁场这个外形看起来像是“蜘蛛”一样的保护层与太阳风的速度、密度、温度等息息相关,站在6个地球半径的高度来监测地球磁场的变化再好不过!风云四号01星依靠一根长长的延伸出星体以及星体内部的一对探头,可以实现在正负400纳特范围内对磁场进行测量。

除去无时无刻不在吹拂着的太阳风,伴随耀斑产生的高密度高能粒子(质子、电子)则会对人造航天器的电子部分造成伤害,高能粒子探测器就负责完成对空间环境中这些“小坏蛋”的一举一动的监测工作,对电子从0.4MeV到4MeV、对质子从1 MeV到165MeV的范围内分别进行测量,时刻注视它们的流量和能谱。

静止轨道高度由于没有大气,宇宙辐射将变得很强,对于卫星来说一样会受到它们的影响,对关键位置的辐射剂量进行记录,获取珍贵的一手资料,这对于我国航天器的防辐射研究来说意义重大,甚至还关乎到人类能否在太空中走得更远!另一方面,太空中的航天器还会出现因带电粒子辐射引起的表面以及内部充放电问题,有点像我们穿衣服时被“电一下”的情景,轻则被“麻到”,卫星短时大脑抽筋,重则击毁电路导致卫星报废!

空间环境中的七年之约

相比运行轨道几百公里高的太阳同步卫星,地球同步轨道高度的空间环境是相当恶略的,1997年美国通讯卫星Telstar401就因太阳活动影响而失效,仅工作三年时间,卫星的提前退休就造成超过7亿美元的损失。想要在这里做到稳定连续的工作近四千个日夜着实不易,必须具备很高的空间事件防御能力,这就对卫星的设计、材料、制造、装配等环节提出极高的要求!

另一方面,卫星在太空中需要对姿态进行微调,也就是“太空机动”能力,这就要求其自身必须携带一定量的燃料。除去各种仪器载荷之外,风云四号大约要携带几百公斤的燃料进入预定静止轨道,用于供给发动机工作,以赴跟咱们说好的七年之约!


文:韩大洋

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