為“嫦娥”奔月保駕護航

□ 龔建村 劉四清

2010年金秋，“嫦娥二號”衛星將再次造訪月宮，與“嫦娥一號”不同，“嫦娥二號”將被直接送入地月轉移軌道，奔向月球。就如我們外出旅行要關注天氣的變化一樣，“嫦娥二號”衛星在發射運行期間，將會遭遇到怎樣的空間環境？是“風和日麗”還是“雷電交加”？面對讀者感興趣的問題，本刊特邀中科院空間中心專家為我們一一解開這些疑惑。

猶如我們在地球上可能遭受到風霜雨雪，月球探測器在廣袤的地球外空間旅行，也可能遭遇到別樣的“風云雷電”。因此，就如我們外出旅行要關注天氣的變化一樣，月球探測器的發射運行中，也需要監視、預報旅途可能遭遇的空間環境，才能為奔月之旅鋪就坦途。

“嫦娥一號”：在風和日麗中完成了對月探測

2007年10月24日，“嫦娥一號”衛星發射升空。衛星首先進入了近地空間區域，并環繞地球運行七天。我們知道，地球的大氣層上方并不平靜，這里存在一個受地磁場束縛而充滿了很高能量粒子的區域——輻射帶。自1959年美國的地球衛星探測器證實它的存在至今，輻射帶一直都是各航天國家關注的焦點之一，因為在這個區域內運行的衛星數量巨大，而強的輻射環境會對衛星的正常運行帶來不利影響。特別是有太陽爆發引起地球空間環境劇烈變化時，輻射帶的區域會擴展，里面的粒子數目和能量都會增強，對衛星的影響也更大。

在這七天的時間里，“嫦娥一號”衛星多次穿越輻射帶，幸運的是這段時間里，沒有發生強烈的空間天氣事件，輻射環境的變化不大。

離開地球，“嫦娥一號”衛星開始向月球邁進。此時，衛星穿出了地球磁場，已經完全運行在行星際空間環境中。在行星際空間中，能給“嫦娥一號”衛星帶來影響的主要是太陽質子事件和銀河宇宙線。在阿波羅載人登月任務間隙，1972年8月發生了有記錄以來的最大太陽質子事件之一，如果在此事件期間，阿波羅飛船處在往返月球途中，航天員很可能遭受致命的急性輻射疾病甚至死亡。如果此時宇航員在月球上，受到的輻射劑量相當于醫院X光透視的5萬倍，就會患上嚴重的放射性疾病。在“嫦娥一號”奔月期間，沒有太陽質子事件發生。

跨越漫漫長路，“嫦娥一號”終于抵達月球，實現繞月。由于“嫦娥一號”繞月期間屬于太陽的冬眠期，沒有太陽風暴發生，可以說“嫦娥一號”在風和日麗中完成了對月球的各種探測。

太陽風暴會襲擊“嫦娥二號”嗎

時隔三年，2010年金秋，“嫦娥二號”衛星將再次造訪月宮，與“嫦娥一號”不同，“嫦娥二號”將被直接送入地月轉移軌道，奔向月球。這樣，“嫦娥二號”將快速掠過地球附近的空間環境，遭遇輻射帶高能粒子的威脅要小很多。

“嫦娥二號”可能遭遇的最大威脅是太陽風暴。太陽風暴是太陽爆發性活動的結果。像一年四季周而復始變化一樣，太陽的活躍性存在一個約11年的周期，在太陽活動高年，發生太陽爆發性活動的頻次高，太陽活動低年，可能不發生太陽爆發性活動。“嫦娥二號”發射運行的2010年到2011年，處于第24太陽活動周上升期的中、末段，爆發太陽風暴的概率要遠高于“嫦娥一號”。因此“嫦娥二號”發射和運行期間，極可能遭遇1到2次太陽風暴。但由于強太陽風暴在2011年的太陽活動周期內發生次數在1到2次，考慮目前太陽活動水平的發展趨勢，“嫦娥二號”遭遇強太陽風暴的概率并不大。

月球探測空間環境保障系統

太陽10厘米輻射流量圖

“嫦娥”的護衛

探月之路充滿荊棘，但人類探測月球的步伐不會停止。人類通過認識了解月球空間環境，積極防護，就能有效規避惡劣空間環境的影響。上世紀60年代末70年代初，美國的載人登月阿波羅（Apollo）任務不僅是人類深空探測的壯舉，其對惡劣空間環境的防護也是非常成功的。

在阿波羅計劃的初期，美國國家航空和航天管理局（NASA）已經認識到來自太陽的高能粒子危害，所以在實施過程中采取了大量的輻射防護措施，盡可能地對高能粒子進行屏蔽，使宇航員受到的輻射降低到安全程度。阿波羅任務期處于太陽第20活動周的峰年和下降年，基本上每年都多次發生太陽質子事件，但NASA對太陽質子事件的防護及其成功，除1972年4月底“阿波羅”16號返回途中遭遇到小的太陽質子事件，其余飛行都成功避開了太陽質子事件。

阿波羅載人飛行計劃對輻射危害的防護是成功的。NASA將其經驗總結為三條：一是要正確認識飛船所遇到的輻射環境；二是不斷完善監測和防護手段；三是對大太陽質子事件的預報和任務時間的選擇。當時，美國的空間環境中心（SEC，現SWPC）負責對可能發生的災害性輻射事件進行實時預報警報。

借鑒國外成功經驗，為了保障“嫦娥”出行的安全，“嫦娥”的設計者在衛星研制中，通過器件篩選和采取必要的防護措施，使衛星受空間環境的影響降到最低；同時中科院空間環境研究預報中心專門負責為“嫦娥”出行進行空間環境預報，使衛星可以規避災害性的空間環境事件。在“嫦娥一號”任務中，預報中心對“嫦娥一號”衛星所要經歷的輻射環境、太陽質子事件、銀河宇宙線等及其對衛星的影響，做了細致、準確、及時的預報，順利地完成了空間環境保障任務。有為“嫦娥一號”保駕護航的成功基礎，預報中心針對“嫦娥二號”制定了空間環境總體保障方案，專門開發了“月球探測空間環境保障系統”，目前正按照工程保障流程，穩步推進各項預報準備工作，蓄勢以待“嫦娥二號”的發射。