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第十届全国空间环境及其应用专题研讨会召开

        8月20日至22日,“第十届全国空间环境及其应用专题研讨会”在漠河召开。来自全国26家空间环境相关研究单位和用户单位的103名专家学者齐聚一堂,交流相关研究领域的最新成果和发展趋势。

    中科院重大任务局光电空间处处长章骏平、北京跟踪与通信技术研究所所长董光亮、微小卫星创新研究院副院长龚建村、国家空间科学中心副主任邹自明、宇航动力学国家重点实验室副主任张荣之出席会议并致辞。

 会议合影

    全国空间环境及其应用专题研讨会每两年召开一次,目的是促进和加强国内空间环境应用领域的学术交流,密切基础研究、应用研究、预报与效应服务和用户之间的关系。召开十届的研讨会已发展成为全国具有较强影响力的空间环境及应用领域的盛会,为研究人员及用户的交流、讨论和未来的合作提供一个绝佳的机会。本次会议的3天会期中,大会邀请了美国科罗拉多大学博尔德分校李炘璘教授、美国阿拉巴马大学亨茨维尔分校李刚副教授作了特邀报告,7位专家作了大会报告,45位专家作了口头报告,34篇论文以墙报形式进行了交流。会议共收到论文摘要99篇。

 美国科罗拉多大学李炘璘教授作特邀报告

  为更好地践行军民融合发展战略,会议期间还举行了“军民融合空间环境态势感知发展专题讨论会”。会上,来自不同领域的几位专家分别就太空态势感知对空间环境的需求、军民融合发展模式以及国内几家主要空间环境研究单位的发展现状和未来规划做了精彩的报告,专家们和参会代表共同就未来空间环境态势感知的军民融合发展前景进行了热烈的探讨、分享和展望。

 墙报讨论

  会议创新性的设立了“现场空间环境预报”活动,由中科院空间环境研究预报中心的预报员每天早上为参会代表做每日空间环境预报,分析当前空间环境形势,预测未来三天空间环境状况,使广大用户真实感受了预报员的工作方式和服务内容,切实了解到最实时的空间环境资讯,加深了用户对空间环境预报和服务的了解。

  会议还特别设立了“预报员论坛”和“空间环境预报模式发展论坛”,针对业务预报中预报员共同关心的问题、难题进行讨论,畅谈空间环境预报模式发展现状、业务需求和未来趋势,为与会代表进行沟通交流、拓展合作思路、提高预报水平搭建了更加开放和高效的研讨平台。

  会议最后安排与会专家参观了中科院地质地球所漠河空间环境综合观测台站。

参观台站

  本届研讨会由中国科学院空间环境研究预报中心、宇航动力学国家重点实验室、中国科学院空间环境态势感知技术重点实验室联合主办,中国科学院国家空间科学中心、地质与地球物理研究所联合承办。几家主办方一致倡议,将这种联合主办的模式持续坚持下去,进一步促进合作与交流,共同推动我国空间环境研究的深入开展和有效利用。

 

当心太阳活动低年的银河宇宙线

    银河宇宙线是来自宇宙深处的高能粒子,它们中的大多数以接近光的速度在星际间穿梭。银河宇宙线的能量极高,对在轨的航天器和航天员都构成巨大的威胁。太阳活动低年,太阳平静了,银河宇宙线的危害却增加不少,需要特别关注。

神秘的银河宇宙线

    银河宇宙线的最初迹象是在人们研究空气漏电问题时被注意到。1785 年,法国物理学家库仑发现,即使在绝缘良好的情况下,验电器(图1)仍然可以自发放电。当时,人们已经知道空气是良好的绝缘体,是不导电的。那么,带电体上的电荷为什么会丢失呢?无法解释。因此,空气漏电问题在此后一个多世纪里始终是物理学界中的一个谜。

1  早期的验电器

        1879年,英国物理学家克鲁克斯观察到当验电器内部的气压降低时,放电速度下降,放电很可能是由于空气的电离。但是,大气电离的原因是什么人们不得而知。

    直到1896 年后,法国物理学家贝克勒尔等人发现含铀矿等物质能放出穿透能力很强的射线,而当放射性矿物存在时,验电器会被迅速放电。因此,人们推测验电器的残余漏电是由于空气或尘土中含有放射性物质造成的。1903 年,卢瑟福分别用铅、铁和水作屏蔽物,试图隔断离子源与验电器的联系,结果发现,如果屏蔽层很薄,对漏电性没有什么影响,加厚屏蔽层,漏电率减小,但只能减小30%左右。通过实验分析,卢瑟福认为空气的漏电性是由于某种辐射造成的,并且这种辐射放出的带电粒子有很强的贯穿能力。

    那么,这种辐射是地球上天然放射性物质产生的吗?于是,人们把实验放在高空去做,以避免地面放射物质的影响。1910 年伍尔夫制作了一台灵敏度很高的静电计,在距离地面300 多米的埃菲尔铁塔上做实验,发现空气的漏电率确实减小了,但仍然无法排除空气被电离。此时,有的学者猜想,这种辐射不是来自地球本身,可能是来自地球之外。

    奥地利物理学家赫斯是一位气球飞行的业余爱好者。他将密闭的电离室吊在气球下,自己乘坐气球到高空进行测量。1912,他乘坐的气球升空达5350米。他发现离开地面700米时,电离度有些下降,800米以上似乎略有增加,而后随着气球的上升,电离持续增加。在1400~2500米之间显然超过海平面的值。在海拔5000米的高空,辐射强度竟为地面的9倍。由于白天和夜间测量结果相同,因此赫斯断定这种射线不是来源于太阳的照射,而是更远的宇宙空间。赫斯的发现引起了人们的极大兴趣,从那时开始,科学界对宇宙射线的各种效应和起源问题进行了广泛的研究。最初,这种辐射被称为“赫斯辐射”,后来被正式命名为“宇宙射线”。

2  1912年赫斯气球实验发现宇宙线

    银河宇宙线发现至今已经超过100年了,人们对其的探索却还在继续,银河宇宙线的能量如此之高,其究竟产生自哪里仍然是未解之谜。我国的暗物质探测卫星“悟空”能够探测5GeV-10TeV的电子、光子和宇宙射线,是目前观测能段范围最宽,能量分辨率最优的空间探测器,除了探测暗物质粒子,银河宇宙线的起源也是“悟空”的探测目标之一。

3  我国的科学探测卫星“悟空”

银河宇宙线的危害

    银河宇宙线主要由质子以及少量的氦、碳、氮、氧、铁等各种元素的单个原子核构成,能量极高,最强的宇宙线能量大概为150焦耳,相当于一个快速运动的棒球的动能。高能量的银河宇宙线粒子具有极强的穿透力,对太空中的卫星和航天员是一个巨大的威胁。

    银河宇宙线对在轨卫星的影响主要是产生单粒子效应。现代的卫星都携带大量的微电子器件,当微电子器件的灵敏结被高能粒子击中时,粒子路径上会沉积大量能量,产生足够数量的高密度电子—空穴对,这些电荷被器件收集后,造成器件状态的非正常改变,这被称为单粒子效应。单粒子效应是导致卫星异常故障的重要原因之一,而银河宇宙线是导致卫星单粒子事件发生的主要原因,尤其是中、高轨道卫星和深空探测卫星。

 4  单粒子效应示意图

    银河宇宙线对航天员的影响是产生累积的辐射剂量,虽然不会产生急性的致命危害,却会引起航天员器官癌变的风险增加。根据NASA研究结果,在典型铝材料屏蔽下500天的火星探测飞行中,仅银河宇宙线对航天员造血器官产生的剂量当量就达到47 毫西弗,接近美国辐射防护委员会(NCRP)规定的剂量限制50毫西弗。

    大气层和地磁场就象是为地球撑起的两把保护伞,它们将绝大部分银河宇宙线粒子阻挡在外。因此,地面上生活的人们完全不用担心银河宇宙线的辐射危害。

 5  地球大气阻挡银河宇宙线

抵御银河宇宙线的太阳之盾-太阳风

    太阳持续不断的向四面八方“吹”出超声速带电粒子流,被称为太阳风,太阳风可以到达120个天文单位(1个天文单位是地球至太阳的平均距离,约为1.5亿公里)距离远的地方,这里被称为日球层顶。日球层内的太阳风携带了磁场,能够偏转银河宇宙线的带电粒子,因而能够起到屏蔽银河宇宙线的作用。

    银河宇宙线进入日球层后,其强度受到太阳活动的影响而发生变化,这被称为太阳对银河宇宙线的调制,地球上观测到的银河宇宙线强度变化是太阳调制引起的,宇宙线强度与太阳黑子数是反相关关系。在太阳活动高年,太阳频繁的爆发活动产生更强劲的太阳风,对太阳系内部提供了一定保护作用,从而降低了银河宇宙线的通量。其中低能粒子通量减弱比较明显,而高能粒子的衰减则不明显,幸运的是,随着能量的增大,银河宇宙线粒子通量呈指数式衰减。在太阳活动低年,太阳风携带的磁场强度降低,银河宇宙线通量增强。

 6  日球层示意图

当心太阳极端平静导致的银河宇宙线增强

    如果太阳活动出现极端平静的状况,银河宇宙线则会出现异常增强现象。在上一个太阳活动周即将结束的2009年,出现了历史上罕见的太阳活动极端平静期,2009年底到2010年初地面宇宙线台站监测的宇宙线通量比历史最高通量(发生在19872月)还要高出5%左右达到了近50年的最大值;美国 ACE卫星监测的部分重粒子在2009年的通量比1998年平均高出30%以上。根据估算,这段时期内银河宇宙线引起的单粒子翻转率比通常卫星设计估算的最高值还要高30%以上。目前,正处于第24/25太阳活动周极小期,银河宇宙线已经处于较高的水平(高于第22周最高水平),在轨卫星的单粒子事件水平和航天受到的辐射剂量都处于较高水平,需要特别关注太阳活动的发展趋势,评估当前较强的银河宇宙线可能产生的影响。

7  银河宇宙线强度与太阳黑子数呈反相关关系

幸运错过:2012超级太阳风暴

        美国科学院曾在2008年发布了一份研究报告《灾害性空间天气事件对经济和社会的影响》,分析评估了超级太阳风暴如果发生,可能给当今社会和经济带来的巨大影响。随着第24太阳活动周接近尾声,大的太阳爆发活动已是难得一见,整个活动周虽然也有几次引人注目的空间天气事件,但都算不上是超级太阳风暴。正因为如此,很多人认为太阳活动远没有我们所说的那么剧烈,所谓的超级太阳风暴,似乎是科学家们在危言耸听。其实不然,当我们回首看太阳在这一活动周的表现,蓦然发现,太阳曾经有过很强烈的爆发,只是地球比较幸运,与超级风暴擦肩而过……

超级风暴的源区:AR1520

 

        201277日,太阳日面东边缘出现了一个复杂的活动区1520(简称AR1520),它一出现,面积就达到510个面积单位,磁类型也较为复杂。一天后,它的面积增加1倍,两天后,磁类型变得更加复杂。但是,在接下来的几天里,这个“大个子”一直比较平静,并没有如我们预计的那样活跃。直到712日,AR1520终于爆发了一个X1.4级大耀斑,并伴随有日冕物质抛射和质子事件发生,随后引起小到中等地磁暴;717日,在接近日面西侧,AR1520又爆发了一次CME和中等质子事件,但由于CME偏离地球,引起的地磁效应很弱。总的来说,AR1520在被地球观测到的期间,两次爆发事件强度都不大,还称不上强太阳风暴。

1 20127121520活动区黑子(左)和磁场(右)观测图

 图2 20127月12日-23日期间AR1520爆发情况

        然而,在转出日面后,AR1520似乎蓄积了足够的能量需要爆发。23日,SOHO卫星观测到极强的CME爆发事件,经过分析,这次大的CME事件正是来自于转出日面的AR1520。从双子星座STEREO AB的位置及其观测,也证实这次爆发是背离地球的。遗憾的是,在太阳的背面我们没有黑子和耀斑的观测,所以也不知道这时AR1520的面积和磁场情况。不过,有一个间接的证据说明这次爆发的强度,那就是即使在地球这一侧,也观测到少量偏转过来的高能粒子,看到小的质子事件的发生(图2)。

3 723SOHO卫星、STERREO BSTERREO A卫星观测到的超强爆发

与卡林顿事件可比拟的超级风暴:

  4 WSA-ENLIL模式对CME的模拟(图片来自NASA网站)

   那么,我们为什么说活动区1520723日爆发的就是超级风暴呢?科学家们进行了细致的分析。首先,利用SOHO卫星、STEREO ASTEREO B三颗卫星在不同位置对CME的观测,利用太阳-日冕-行星际数值模式,可以模拟出CME的三维图像,从而可以估算出CME最初的速度大约是2500km/s左右。这次CME爆发正对着STEREO A卫星,19小时后,STEREO A观测到太阳风速度的急剧上升和行星际磁场的剧烈扰动。科学家们又根据地磁暴的预报模式,进行合理的假设,预测这次CME若正对地球,引起的地磁扰动级别将是20世纪以来最大的,地磁Dst指数将达到-1182nT。纵观历史上的强太阳风暴事件,也只有1859年发生的卡林顿事件可以与之比拟。1859年,英国一位叫卡林顿的天文爱好者,发现太阳上出现两道极其明亮的白光,之后观测到地磁发生强烈的扰动,这次事件被认为是历史上有观测以来最强的一次超级太阳风暴。

5    太阳风参数和预测的Dst指数 (Baker et al., 2013)

 图6    卡林顿事件(红)与十大空间灾害事件Dst对比图

幸运躲过超强风暴侵袭的地球

    经过上面的分析,我们会发现,若723日的爆发提前一周甚至更早发生,地球将会经历罕见的超级太阳风暴的侵袭。而如今人类依赖的技术系统,远比1859年的电报系统更多地受到太阳风暴的影响:电力可能中断、卫星可能遭受严重的辐射效应、低轨卫星轨道可能下降严重、通信和导航将会受阻等等一系列无法想象的影响。幸运的是,AR1520面对地球时还算温和,等到离开我们的视线,才大发“脾气”,爆发的超强高速等离子体流喷向远离地球的行星际空间,没有给人类社会带来重要的影响。

        2012年太阳背面的超级太阳风暴说明,即使在比较弱的太阳活动周,也会有强的爆发发生。我们不能因为地球没有遭遇到超强太阳风暴的影响,就忽视对太阳风暴的预测和防护。关于太阳爆发和空间天气的影响,人类未知的还很多,探索的脚步不应停歇。   

飞向太阳的“勇士”——Parker Solar Probe卫星

    太阳系行星际空间并不是空无一物,而是充满了超音速的等离子体,观测表明这些等离子体主要起源于太阳,由太阳向外以很高的速度流动,称为太阳风。太阳磁场被这些向外流动的等离子体携带到行星际空间,形成行星际磁场。这些流体合起来组成了行星际介质。无论太阳是平静还是“生气”爆发耀斑、日冕物质抛射(CME)等现象,太阳风是一直向外吹的,行星际介质是一直存在的。背景太阳风主要由冕流低速太阳风和冕洞发出的高速太阳风组成,而以CME为代表的太阳爆发活动进入行星际空间后,会给背景太阳风带来扰动,形成扰动太阳风。

    人类探索宇宙深处的脚步留下了不同位置的太阳风的观测。1959年,苏联LUNIK卫星首次进入行星际空间。1962年,美国宇航局(NASA)的金星探测器Mariner II探测到持续的太阳粒子流。不久之后一系列的实验实现了对太阳大气流经地球的详细测量,尽管有些不是持续的测量。在五次阿波罗(Apollo)登月计划中,宇航员在太阳风中将金属箔片展开并带回实验室进行研究。当前对太阳风的观测中,HeliosVoyager飞船分别是离太阳最近和最远的卫星:1974年发射的Helios-1卫星,轨道最近距离太阳0.31个天文单位(AU),1976年发射的Helios-2卫星,轨道最近距离太阳0.29个天文单位;而Voyager-1201710月已经距离太阳140AU,仍在前往更远的地方。探索火星和金星的卫星PVOMessenger也提供了多个日心距上的太阳风观测。

    在与地球息息相关的日地连线上,有数颗卫星位于地球前方1500万千米的L1点,提供对太阳风持续不断的观测,比如上世纪九十年代发射的ACE卫星、Wind卫星、SOHO卫星和2015年发射的DSCOVR卫星。OMNI数据库就利用多颗卫星观测,能提供超过五个太阳活动周的1AU处太阳风观测数据,供科学研究和应用。还有一些卫星的观测可以探索日球层的三维结构,比如从黄道面以外、甚至太阳高纬度区域进行观测的Ulysses飞船,以及分别位于黄道面上地球轨道的前方和后方的STEREO-ASTEREO-B卫星。

1    Ulysses飞船探测的不同年份的太阳风环境(From McComas et al. (2008).)

图中红色和蓝色曲线表明磁场方向

        多个空间探测器的观测表明,太阳风在不同方向的速度和磁场分布并不是均匀的。有的太阳风速度比较快,有的则比较慢,不同快慢的太阳风究竟来自何方,是否太阳上的不同区域产生了不同类型的太阳风?太阳磁场在这里扮演了什么角色?太阳风的速度为何这么快,它里面的那些粒子是如何从亚音速被加速到超音速的,具体的物理机制是什么样的?太阳时时刻刻都在向外吹着太阳风,然而太阳风的起源和演化仍有很多未解之谜。

        2018年,将有颗备受科学界瞩目的卫星即将发射,进一步去观测太阳和太阳风。它就是美国宇航局(NASA)的Parker solar probePSP)卫星,它是以太阳风科学的先驱Parker命名的,Parker1958年就预言了太阳风的存在并提出了相关理论,后来的观测也证实了他的推断。这是NASA第一次以健在人物命名航天器,可见Parker的伟大。PSP卫星将于2018年发射,在发射93天后,预计就将到达距离太阳0.16AU,即35.7个太阳半径处;借助金星的引力在88-168天内到达距离太阳0.0459AU,即9.86个太阳半径,这是人类靠近太阳最近的时候;预计在2018-2025年期间,将在0.25AU范围内绕行太阳24圈。为了承受高达1400摄氏度的炽热和辐射,PSP将带上厚达12厘米的碳复合盔甲,勇敢地奔向太阳。

2   Parker Solar Probe卫星

        PSP的观测可以追踪加热和加速太阳日冕和太阳风的能量流动,研究太阳风源的等离子体和磁场的结构和动力学特征,探索高能粒子的加速和运动机制。虽然当前科学家认为耀斑和激波是高能粒子加速的主要机制,但在1AU处的观测却无法证实这一点。PSP能近距离观测到耀斑、日冕物质抛射,以及激波,有助于研究和证实高能粒子加速机制,对太阳爆发活动的研究也具有重要的意义。

3    Parker Solar Probe轨道

 4   近距离探测对太阳爆发活动研究的重要意义

        PSP将挑战更近距离观测太阳,它的观测记录可以回答一些长期以来困扰着天文学家的难题,有助于揭示太阳的运行机制,了解太阳与行星、地球的关系,提高人类预测太空天气的能力,改善会影响地球生命的主要天气事件,以及协助太空卫星和宇航员的观测。

    让我们期待PSP成功飞近太阳,为人类解开更多太阳及太阳风的谜团。

你不知道的空间环境预报中心

    看到这个题目的时候,估计很多人已经充满了层层疑惑:什么是空间环境?空间环境可以预报吗?空间环境预报什么?空间环境预报中心怎么预报?谁在预报?预报给谁用?本文将会带您一起揭开空间环境预报的神秘面纱。

1.什么是空间环境?

    说到空间环境,我们不得不提到太空——这个与人类生存发展息息相关的“第四领域”这里是人造地球卫星、飞船、航天飞机、空间站等航天器的飞行区域,是人类开发和利用太空资源的主要活动领域,也是危害人类活动与生存环境的空间环境灾害事件的直接发生地。人类要开展空间活动,就不能忽略空间环境。

    通俗地说,空间环境是人类赖以生存的自然环境之一,是空间中与人类生活、生产、军事活动有关的所有物质条件的总和。按其组成要素,又可分为空间电磁环境、空间带电粒子环境、中高层大气环境、流星体环境、空间碎片环境等。

1  空间环境与人类的关系

    空间环境和地面环境不一样,地面环境我们可能关注的是温度是多少,有没有风,有没有下雨。太空虽然没有风云变幻,但是各种看不见的危害更是暗箭难防空间环境不是一成不变的,尤其围绕太阳发生的环境变化比地面的天气现象更激烈更危险。空间环境时时刻刻在改变,这种变化叫做空间天气。空间天气和地面天气一样会发生剧烈变化,也会发生灾害性的变化,就像我们地面上会发生台风、龙卷风,暴风雪一样,它的灾害性的变化来自于太阳,所以我们叫做太阳风暴。太阳风暴主要有三种攻击形式来攻击地球第一种,光的辐射增强,就是太阳耀斑,它到达地球大约8分钟;第二种,太阳会喷射出能量非常高的带电粒子到达地球需要几十分钟到几个小时,会发生太阳质子事件;第三种影响范围最广,太阳的日冕物质向外喷出,大概一到四天后,到达地球空间,引起地球的磁层像海啸一样发生扰动,引起空间天气各种变化。灾害性的空间天气会对航天系统、无线电链路系统、电力和能源系统、军事系统产生严重影响,对生命系统产生显著影响,还会对地面天气和气候系统产生较明显的影响

2  太阳爆发三轮攻击示意图

    针对空间环境的预报就是空间环境预报,它的主要内容是对太阳活动和近地区域及其系统造成的影响进行预报。

2.空间环境预报中心

    为保障我国航天活动安全,空间环境预报事业应运而生。早在20世纪60年代初卫星事业刚刚起步时,中国科学院在赵九章先生的领导下就开始了空间环境的研究,当时主要研究的问题是地球辐射带中高能带电粒子对卫星的影响。在1971年编写了“人造地球卫星环境手册”为航天工程设计人员提供了一本便于查阅的工具书。

    我国航天事业的开拓者之一——钱学森先生预见到空间环境变化将是航天事业面临的一个重大问题,要求空间环境科学工作者能够预报太阳活动和空间环境的扰动,并誉之为“红色预报员”。从此,我国的空间环境预报开始了它的漫漫征程。

        1992年,载人航天工程正式列入国家计划,随后在此工程支持下,按照“边建设、边研究、边服务”的指导思想,中国科学院空间环境预报中心从1993年开始筹建,1998年基本建成并投入试运行,1999年月12月通过验收,正式运行,并公开向国内外发布空间环境预报,成为我国首个实现业务化运行的空间环境预报中心。

        “应载人而生,为载人贡献”,这是空间环境预报中心从开始就树立的服务信念。从神舟一号到神舟七号,飞船从无人到有人,从一人一天到两人多天,从两人多天到航天员出舱,从天宫一号目标飞行器与神舟八号到神舟十号飞船的交会对接、从天宫二号空间实验室与神舟十一号飞船及第一艘货运飞船天舟一号的交会对接,载人事业取得了举世瞩目的成就。空间环境中心为每一次载人航天飞行发射窗口准确预报,避开太阳质子事件,成功地提供了空间环境保障(图3)。

3  载人航天空间环境保障

    空间环境预报中心根据任务需要,也为我国的探月工程嫦娥一号、嫦娥二号和嫦娥三号卫星分别提供了空间环境保障服务。在空间科学先导专项任务中,为暗物质卫星、实践十号、量子卫星和硬X射线望远镜等系列卫星发射和在轨运行提供了空间环境预报保障服务。

    在飞行器或卫星发射前的一年,空间环境预报中心就针对任务特点,进行研究和准备,陆续不断地向工程指挥部提供各空间环境要素的研究报告。在预定发射前3个月,开始提供空间环境中期预报;进入1个月倒计时,每周提供空间环境安全期预报。从发射前一周开始,每天提供一次短期报告。飞船升空入轨后,更要派专人24小时值班,报告周期缩短至8小时一次。每一份报告都是多名预报工作者准确计算、反复会商的结果。每一次任务的顺利完成,预报工作者都经历着不同的考验。

3.如何做空间环境预报?

    空间环境预报是对日地空间(包括太阳、行星际、磁层、电离层、热层空间)可能影响天地基技术系统、人类身体健康和生产生活的各类环境状态和事件的预测、预报。

    空间环境预报不仅仅是对未来的预测,这一点与地面气象有点不同。因为气象是我们能够感知的,而空间环境是人无法感知的。预报的过程是空间环境模式与人的经验相结合的过程。空间环境预报的一般流程是获取天地基空间环境监测数据、经过各种预报模式、效应模式的处理,产生初级预报结果,结合预报员个人及集体的经验,形成预报产品,并分发给各级各类用户。

4  空间环境预报流程

    空间环境预报中心建立的空间环境预警系统以自动化、集成方式实现了空间环境数据收集、模式运行、预报、影响分析和空间环境预警产品发布的业务预报全过程的协同高效运行,也成了预报员发布空间环境预报的得力助手。

5  空间环境预警系统示意图

    空间环境预报内容主要是对空间环境参数、空间环境指数、空间环境事件三种要素进行预报。空间环境参数是描述不同空间区域特性的各种物理量,比如电离层分布、高层大气分布等;空间环境指数是描述不同空间环境状态扰动级别、大小的指标性参量,比如太阳F10.7指数、地磁Ap指数、Kp指数等;而空间环境事件是指空间中扰动大于一定级别、可对天地基技术系统或人类身体健康造成一定影响的事件,比如太阳X射线耀斑、太阳质子事件、地磁暴、高能电子暴等。

    空间环境预报产品则是对未来一段时间内空间环境状况、变化趋势、空间环境事件发生的预测。根据预报的时间尺度划分,预报产品可以分为短期预报(三天内)、周报、月报、长期预报(一年及以上时间)。根据服务用户划分,预报产品可以分为常规产品和定制产品。

    常规产品是针对特定参数,特定事件在日常运行中生成的产品,包括警报、通报、现报和预报。常规产品只是给出应用最为广泛的参数和事件的预报,只是空间预报服务的一部分内容。定制产品则是根据特定用户和特定需求,以常规产品和相关监测数据为基础,根据用户的具体需求,将数据、模式结果、预报结果、效应分析进行组合,提供的针对性预报产品。比如我们所服务的载人航天工程、探月工程和空间科学先导专项等。

    由于空间环境预报的专业性和特殊性,适用的领域不同,在大众化的媒体上展示较少,预报结果通常发布在专业的网站和新媒体平台上。

1 空间环境预报中心预报产品种类

    伴随中国人飞天梦想的实现,我国的空间环境预报事业蓬勃发展,我们的预报员也是伴随着我国载人航天事业的发展成长起来的。既有从神舟五号开始参加过多次航天工程空间环境保障任务的老预报员,也有刚刚参加工作的新预报员。空间环境预报中心现有预报员15人,有9名预报员直接从事日常空间环境预报工作。预报员值班采用主岗和副岗双岗值班制,每个预报员连续值班两天,一天副岗,一天主岗。随着空间环境用户需求及预报产品种类的增加,空间环境预报中心在发展和业务运行过程中实行制度化管理。建立和完善了预报员岗位职责、上岗、会商、作息和节假日值班补贴等5套规章管理制度。一年365天,合理安排预报员值班,任务期采用24小时工作制,确保空间环境预报中心业务预报全年稳定运行。预报中心编制了《空间环境预报产品手册》和专业预报指导书——《预报员手册》,指导预报员完成各类预报产品并按照既定规则分发各级用户。

4.空间环境预报的主角——预报员

 6  预报员会商讨论

 7  空间环境预报产品手册和预报员手册

图8  预报员参加工程任务空间环境预报保障

    在空间环境预报中心全体工作人员的努力下,预报中心先后获得过《中国载人航天工程突出贡献集体》和《中国青年五四奖章集体》,其中有5位预报员先后荣获《中国载人航天工程突出贡献个人》称号、1位预报员荣获《中国探月工程突出贡献个人》称号、1位预报员荣获《中国青年五四奖章》荣誉称号。

9  空间环境预报中心获得的荣誉证书

        2018年起,空间环境预报中心的预报员队伍在工作之余专门参加国科大研究生课程《空间环境预报》的学习,以提升个人理论基础和业务预报能力。预报中心也完善业务预报评估考核机制,提高预报准确率,促进空间环境预报中心业务预报水平的整体提高。

10  预报员参加《空间环境预报》课程学习

5. 空间环境走向公众

     在载人航天系列飞船、目标飞行器、空间实验室、探月卫星和空间科学先导专项系列卫星成功发射过程中,中央电视台、新华社、中央人民广播电台等媒体对环境预报中心的工作进行了全程实时报道(图11)。同时,预报中心还开展了丰富的科普宣传活动,接待了社会各界人士的参观访问(图12)。空间环境预报专家走进演播室、走进高校讲坛、走进网络(图13),深入浅出地讲解了空间环境和空间环境预报服务。空间环境——对公众来说这个曾经比较陌生的词汇,如今走进千家万户,逐渐为人们所了解。

11   神七空间环境保障CCTV直播现场

 12   预报中心开放日开展科普活动

 13   预报中心专家走进演播室

6 机遇与挑战同在

    随着我国航天事业的发展,极大地推动了我国空间环境预报事业发展。国内研究力量在壮大,预报能力在提升,空间环境预报在军队、高校和用户中的影响力逐渐扩大。空间环境预报研究和服务面临着前所未有的机遇和挑战。国内,空间环境预报中心一直被模仿,从未被超越;国际上,从早年的学徒成长为能平等进行学术对话的兄弟。“空间环境研究和预报——不是我们为了谋生才做的事,而是我们要用生命去做的事”。誓言永恒!我们一直在努力!!

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