10月26日
神舟十七号载人飞船发射成功
此次载人飞行任务还将实施
航天员出舱活动及载荷出舱等
10月26日，搭载神舟十七号载人飞船的长征二号F遥十七运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射 图/人民日报微博
那么
航天发射和航天员“太空漫步”
与空间天气有何关系？
为何航天员尤为关注空间天气？
什么是空间天气？会带来哪些影响？
在一些高纬度国家和地区，可以看到绚烂的极光在夜空飘荡，诉说美丽的同时也“泄露”着宇宙的秘密——空间天气。
空间天气在日地空间中，能影响空间、地面技术系统的运行和可靠性，以及危害人类健康和生命的条件、状态或事件。“太阳活动是空间天气变化的主要源头，因此太阳活动的强弱是决定空间天气的主要因素。”国家卫星气象中心空间天气预报台首席预报员陈安芹说。
风云三号E星太阳望远镜极紫外通道监测到一次耀斑爆发画面 图片来源：国家空间天气监测预警中心
空间天气中的“风”是太阳风，“雨”则是来自太阳的带电粒子雨，与地球上的天气一样，空间天气也会“阴晴不定”。在太阳活动低年时，空间天气较为平静。而在太阳活动高年时，太阳风暴则频繁发生、形式多样，如耀斑、日冕物质抛射、日珥爆发等。“太阳上的耀斑像是突如其来的龙卷风，而CME（日冕物质喷发）则像台风，这些，都如同外层空间的‘狂风暴雨’”，陈安芹解释道。
空间天气看似遥远亦或不相干，其实它无所不在、充斥在我们生活的方方面面。比如，当太阳风暴爆发时，轮船、汽车，甚至智能手机都会受到干扰，出现定位不准等问题。
事实上，太阳风暴通常对地球造成三轮冲击：
第一轮：太阳耀斑爆发时，其发出的电磁波以光速传向地球，八分半钟即可抵达地球，引起电离层骚扰，影响高频无线电通信、导航定位等；
第二轮：其携带的高能质子在几十分钟至十几个小时后到达地球，引起电离层D区吸收，影响航空通信、卫星运行等；
第三轮：其伴随的日冕物质抛射，则在约三天后到达地球，引起地磁暴、磁层亚暴，并且可能影响低轨卫星的轨道高度、电网的安全运行以及地质勘探等。
除了会影响我们的日常生活，超级太阳风暴对高科技设备系统的影响更大。国家空间天气监测预警中心首席预报员宋乔说，如2000年7月14日的“巴士底日事件”致使多颗人造卫星出现图像质量下降、数据丢失、轨道下降等情况 。其中，受影响最严重的日本ASCA卫星，最终坠入地球大气层烧毁。
“太空漫步”会遇到哪些空间天气？
国家卫星气象中心空间天气技术研发室正高级工程师薛炳森表示，中国空间站位于400公里左右高度的轨道，要经历严酷的空间环境，比如高真空、高能粒子辐射、从-100℃到100℃的高低温交变等。另外，还可能遭遇对空间站威胁最大的空间碎片。而随着近地卫星的迅速扩容，空间站的轨道也变得拥挤起来，特别是星链组网卫星的发射，将会有数万颗卫星穿越空间站轨道，残留大量碎片，使航天员所驻扎的空间站环境变得更加凶险。
长期驻留空间站的航天员还需关注辐射环境，在近地轨道高度，巴西上空常年存在稳定的高能粒子通量异常区，空间站每天都会多次穿越该区域，是伴随空间站全生命周期的一种恶劣境；在太阳活动高年，不定期发生的太阳质子事件也会引起空间站辐射环境的恶化。
对于这些高能粒子，空间站的“外墙”可以将其阻挡，但在超级太阳质子事件爆发期，如1989年7月和2003年11月的质子事件，导致国际空间站辐射严重超标，航天员被迫进入返回舱躲避。
神舟十四号航天员在舱外操作 图片来源：新华社
“虽然空间站对于空间碎片和辐射环境有足够的防护条件和严谨的应急预案，但脱离了空间站防护层的保护时就变得相当危险。对于航天员来说，航天服虽然可以起到保护作用，但空间中存在数量较多且很难被发现的小碎片，一旦击中航天服，后果不堪设想。”薛炳森说，“这，就需要准确的空间天气预报。”
空间天气预报为航天员系好“安全带”
“空间天气预报主要目的是预测预报空间天气事件及其影响。”陈安芹说，预报员会综合分析监测数据，结合统计模型和数值模拟结果等做出预报，经与首席预报员会商并得出预报结论后，制作各种预报产品。
当前，空间天气预报产品种类丰富，包括日报、周报、月报、年报等。例如，日报主要总结过去24小时的空间天气情况，并预报未来1至3天的空间天气状态，包括太阳活动水平、地磁活动水平以及电离层状态等。“当有大耀斑、强地磁暴等重要空间天气事件发生时，还会发布空间天气预警、现报等产品，让公众和专业用户及时掌握太阳活动的最新动向。”
当下，空间天气预报正从经验预报时代迈向数值预报时代。宋乔表示，以观测数据和科学理论为基础，通过太阳表面物理参数预测耀斑发生的概率、通过数值模型计算太阳风参数等方法在不断发展，预报水平稳步提高，为我国卫星发射和载人航天，地面技术系统、导航、通信等保驾护航。
航天员的出舱活动时间会经过严密计算与安排。“准确的空间天气预报，将为航天员‘太空漫步’保驾护航，不会让其遭遇太阳质子事件。”薛炳森说，“地面系统时刻监视着太阳高能粒子的变化，一旦突破阈值就会紧急命令航天员返回舱内。”
北京时间2023年7月20日，神舟十六号航天员出舱活动取得圆满成功 图片来源：中国载人航天
国家卫星气象中心（国家空间天气监测预警中心）作为国家级空间天气业务单位，为航天器发射及在轨运行提供空间天气预报及影响评估服务，为载人航天任务提供出舱时间窗口预报，避免航天员出舱活动时刚好遭遇严重的太阳高能粒子辐射。
预报员根据太阳表面黑子的形态和演化特征，能够提前1至3天知晓太阳质子事件的爆发和强度，航天地面系统可以根据预报结果安排航天员出舱，提供更高的出舱安全系数；如果预测到超强太阳质子事件，气象部门则直接向航天系统发出警报，使航天员进入屏蔽舱；强地磁扰动会引起空间站轨道上大气密度的大幅升高，预报员预测到强地磁事件时，将会提请航天部门提前准备应对轨道高度的突然下降。
另外，国家卫星气象中心专门开发了空间碎片碰撞预警系统，能够实时预报太空中高速飞行的碎片位置，为包括风云卫星在内的航天器安全运行提供保障。
2008年，神舟七号载人飞船指令长翟志刚成为我国第一位太空出舱的航天员，国家卫星气象中心结合空间天气环境准确预报出舱窗口时间；2011年，神舟八号飞船与天宫一号实验舱首次进行太空交会对接，卫星中心根据对接轨道环境，对窗口期前后时间段的空间天气做出准确研判，为任务的顺利完成提供了重要保障。
作者：林禹彤 唐淼 于桐
来源：中国气象
