“杀手粒子”：太空航天器克星

文/翁利斌 柯永忻

“杀手粒子”：太空航天器克星

文/翁利斌 柯永忻

“一闪一闪亮晶晶，满天都是小星星。”近年来，我国航天事业取得了长足的进步，卫星发射脚步不断加快，堪称满天都有“中国星”。

然而这些“中国星”在顺利进入预定轨道后，并不意味着就可以高枕无忧了。在浩瀚的宇宙中，除了太空垃圾、陨石等肉眼可见的物体会对航天器造成威胁外，还有很多潜在威胁。其中，最典型的就是高能带电粒子，堪称“航天器克星”。它无影无踪，却威力巨大，至今尚无有效手段能够完全规避它的伤害，科学家们称之为“杀手粒子”。

“杀手粒子”主要由电子、质子以及少量的重离子组成，能量一般在数千至百兆电子伏特之间。这些带电粒子来源于银河宇宙射线及太阳向外辐射的高能量物质，在地球磁场的束缚下，部分能量稍低的粒子“被捕捉并束缚”在地球辐射带内，能量较高的粒子可以突破地球磁场的“屏蔽”，甚至能够到达地表以下。就全球范围看，位于南大西洋上空的地磁异常区域，比相邻区域的磁场强度相对偏弱，使得空间高能带电粒子能够较容易突破该部分磁场限制而沉降到较低高度，是引起低轨航天器异常的主要区域之一。

暴露在空间环境里的航天器在直面“杀手粒子”的冲击时，其内部容易出现充放电、单粒子和位移效应。这些灾害性效应将会导致航天器敏感元器件损伤，电路功能混乱甚至器件烧毁，影响器件成像质量，降低太阳能电池光电转化率，数据接收和发射出现错误，从而导致航天器在轨异常甚至直接损毁。更严重的是，对于载人飞行来说，大量的高能带电粒子照射到航天员身上，会引起白内障、神经中枢和免疫系统的损伤，甚至可能导致心脏病或基因突变等危险。

2016年2月，美日等国联合研制用于发现高温高能天体释放的X射线的“瞳”卫星升空。据报道，几周后，其装载的“星体跟踪定位器”系统受地球辐射带高能带电粒子的影响出现故障。由于采取了错误的控制方式，直接导致其彻底失控。我国卫星也曾遭遇“杀手粒子”，比如“风云一号B”卫星受到高能粒子的轰击时，造成了卫星姿态失控、高速翻滚，最终提前结束使命。

你有张良计，我有过墙梯。“杀手粒子”虽然厉害，但并不意味着对其完全束手无策。目前，科学家正在加紧研究相关措施，已经取得了一些成效。比如可以通过提前预警并暂时关闭关键设备、优化卫星结构设计、增加关键部位防护能力、设置冗余备份等方式，降低其对航天活动的危害。

加强高能带电粒子及效应的基础性研究对在轨航天器安全高效履行使命有着十分重要的意义。因此，针对高能粒子的时空分布和流量大小进行自主探测及预警，以及提升航天器综合防护能力并对其进行有效监控同样必不可少。实践表明，这一系列措施能够有效降低“杀手粒子”带来的危害，甚至可以使卫星短暂“休整”后继续前行。