为“嫦娥”奔月保驾护航

□ 龚建村 刘四清

2010年金秋，“嫦娥二号”卫星将再次造访月宫，与“嫦娥一号”不同，“嫦娥二号”将被直接送入地月转移轨道，奔向月球。就如我们外出旅行要关注天气的变化一样，“嫦娥二号”卫星在发射运行期间，将会遭遇到怎样的空间环境？是“风和日丽”还是“雷电交加”？面对读者感兴趣的问题，本刊特邀中科院空间中心专家为我们一一解开这些疑惑。

犹如我们在地球上可能遭受到风霜雨雪，月球探测器在广袤的地球外空间旅行，也可能遭遇到别样的“风云雷电”。因此，就如我们外出旅行要关注天气的变化一样，月球探测器的发射运行中，也需要监视、预报旅途可能遭遇的空间环境，才能为奔月之旅铺就坦途。

“嫦娥一号”：在风和日丽中完成了对月探测

2007年10月24日，“嫦娥一号”卫星发射升空。卫星首先进入了近地空间区域，并环绕地球运行七天。我们知道，地球的大气层上方并不平静，这里存在一个受地磁场束缚而充满了很高能量粒子的区域——辐射带。自1959年美国的地球卫星探测器证实它的存在至今，辐射带一直都是各航天国家关注的焦点之一，因为在这个区域内运行的卫星数量巨大，而强的辐射环境会对卫星的正常运行带来不利影响。特别是有太阳爆发引起地球空间环境剧烈变化时，辐射带的区域会扩展，里面的粒子数目和能量都会增强，对卫星的影响也更大。

在这七天的时间里，“嫦娥一号”卫星多次穿越辐射带，幸运的是这段时间里，没有发生强烈的空间天气事件，辐射环境的变化不大。

离开地球，“嫦娥一号”卫星开始向月球迈进。此时，卫星穿出了地球磁场，已经完全运行在行星际空间环境中。在行星际空间中，能给“嫦娥一号”卫星带来影响的主要是太阳质子事件和银河宇宙线。在阿波罗载人登月任务间隙，1972年8月发生了有记录以来的最大太阳质子事件之一，如果在此事件期间，阿波罗飞船处在往返月球途中，航天员很可能遭受致命的急性辐射疾病甚至死亡。如果此时宇航员在月球上，受到的辐射剂量相当于医院X光透视的5万倍，就会患上严重的放射性疾病。在“嫦娥一号”奔月期间，没有太阳质子事件发生。

跨越漫漫长路，“嫦娥一号”终于抵达月球，实现绕月。由于“嫦娥一号”绕月期间属于太阳的冬眠期，没有太阳风暴发生，可以说“嫦娥一号”在风和日丽中完成了对月球的各种探测。

太阳风暴会袭击“嫦娥二号”吗

时隔三年，2010年金秋，“嫦娥二号”卫星将再次造访月宫，与“嫦娥一号”不同，“嫦娥二号”将被直接送入地月转移轨道，奔向月球。这样，“嫦娥二号”将快速掠过地球附近的空间环境，遭遇辐射带高能粒子的威胁要小很多。

“嫦娥二号”可能遭遇的最大威胁是太阳风暴。太阳风暴是太阳爆发性活动的结果。像一年四季周而复始变化一样，太阳的活跃性存在一个约11年的周期，在太阳活动高年，发生太阳爆发性活动的频次高，太阳活动低年，可能不发生太阳爆发性活动。“嫦娥二号”发射运行的2010年到2011年，处于第24太阳活动周上升期的中、末段，爆发太阳风暴的概率要远高于“嫦娥一号”。因此“嫦娥二号”发射和运行期间，极可能遭遇1到2次太阳风暴。但由于强太阳风暴在2011年的太阳活动周期内发生次数在1到2次，考虑目前太阳活动水平的发展趋势，“嫦娥二号”遭遇强太阳风暴的概率并不大。

月球探测空间环境保障系统

太阳10厘米辐射流量图

“嫦娥”的护卫

探月之路充满荆棘，但人类探测月球的步伐不会停止。人类通过认识了解月球空间环境，积极防护，就能有效规避恶劣空间环境的影响。上世纪60年代末70年代初，美国的载人登月阿波罗（Apollo）任务不仅是人类深空探测的壮举，其对恶劣空间环境的防护也是非常成功的。

在阿波罗计划的初期，美国国家航空和航天管理局（NASA）已经认识到来自太阳的高能粒子危害，所以在实施过程中采取了大量的辐射防护措施，尽可能地对高能粒子进行屏蔽，使宇航员受到的辐射降低到安全程度。阿波罗任务期处于太阳第20活动周的峰年和下降年，基本上每年都多次发生太阳质子事件，但NASA对太阳质子事件的防护及其成功，除1972年4月底“阿波罗”16号返回途中遭遇到小的太阳质子事件，其余飞行都成功避开了太阳质子事件。

阿波罗载人飞行计划对辐射危害的防护是成功的。NASA将其经验总结为三条：一是要正确认识飞船所遇到的辐射环境；二是不断完善监测和防护手段；三是对大太阳质子事件的预报和任务时间的选择。当时，美国的空间环境中心（SEC，现SWPC）负责对可能发生的灾害性辐射事件进行实时预报警报。

借鉴国外成功经验，为了保障“嫦娥”出行的安全，“嫦娥”的设计者在卫星研制中，通过器件筛选和采取必要的防护措施，使卫星受空间环境的影响降到最低；同时中科院空间环境研究预报中心专门负责为“嫦娥”出行进行空间环境预报，使卫星可以规避灾害性的空间环境事件。在“嫦娥一号”任务中，预报中心对“嫦娥一号”卫星所要经历的辐射环境、太阳质子事件、银河宇宙线等及其对卫星的影响，做了细致、准确、及时的预报，顺利地完成了空间环境保障任务。有为“嫦娥一号”保驾护航的成功基础，预报中心针对“嫦娥二号”制定了空间环境总体保障方案，专门开发了“月球探测空间环境保障系统”，目前正按照工程保障流程，稳步推进各项预报准备工作，蓄势以待“嫦娥二号”的发射。