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高能碎片摧毁卫星 核辐射污染全球!美国太空核试验后果

发布时间:2018-09-05 09:40:35  作者:漫步宇宙  来源:漫步宇宙  阅读:173

    高能碎片摧毁卫星 核辐射污染全球!美国太空核试验后果
      “海星一号”核爆产生的碎片火球在地球磁场延伸
      56年前,一个名为“海星一号”的核装置在距地面250英里(约合400公里)的太空引爆,爆炸当量接近1.4兆吨,向太空释放大量高能裂变碎片。这场核爆产生了一个持续数年的人造辐射带,强度远超范艾伦辐射带。辐射不仅威胁人类健康,同时也对我们的太空基础设施构成威胁。“海星一号”核爆后几个月,轨道中的7颗卫星罢工,包括在“海星一号”引爆后一天发射的大型通讯卫星Telstar 1。远超预计的辐射水平是导致太阳能电池板和卫星电子元件罢工的罪魁祸首。
      “海星一号”核爆是人类进行的首批天基主动实验之一。所谓的主动实验就是故意扰乱太空环境。尽管造成这种破坏,此次核爆却帮助科学家进一步了解地球附近环境。在此之前,近地环境一直是个谜。庆幸的是,随着相关国际合约的签署,太空核爆早已成为过去。最近几年,其它太空主动实验的次数呈迅猛减少趋势,拖住了我们了解近地环境动态的脚步,同时也削弱了我们保护卫星和宇航员免遭高辐射暴露的能力。
    高能碎片摧毁卫星 核辐射污染全球!美国太空核试验后果
      环绕地球的范艾伦辐射带,1958年发现
      太空中没有大气去过滤辐射,导致轨道中的一切都面临更大的辐射威胁。每年,政府和私营企业投入数百万美元资金,加强航天器的防御能力,帮助它们应对严酷的太空环境(例如范艾伦辐射带),尤其是太阳导致地磁活跃加强之时。不过,这会增加航天器的重量同时降低它们的性能。此外,更大的重量意味着发射时使用更多燃料,进而推高发射成本。如果能够进一步了解飞船轨道的环境,提高我们预测有害环境的能力,我们便能找到更理想同时更具成本效益的方式,加强对它们的保护。
    高能碎片摧毁卫星 核辐射污染全球!美国太空核试验后果
      太阳风暴可加剧地磁活动
      在步入太空时代之初,科学家便开始进行天基主动实验。当时对近地环境知之甚少,实验聚焦太空环境的一些基本方面以及与航天器之间的交互。几十年来,天基主动实验不仅涉及核爆,同时也涉及带电粒子束、加热器、化学物质释放、等离子体、系缆、天线和偏压,加深了科学家对等离子体和太空物理学的认知。最近几年,天基主动实验因各种原因,受欢迎程度不断降低。首先,此前进行的实验已经收集了绝大多数较易获取的数据,导致后续实验很难收集到新数据。收集有价值的新数据需要进行更为复杂精密的实验。此外,空间实验也成为自身成功的受害者。随着科学家对空间环境了解的不断加深,通过主动实验探索太空环境的兴趣降低。
    高能碎片摧毁卫星 核辐射污染全球!美国太空核试验后果
      1961年4月12日,尤里·加加林成为太空飞行第一人
      太空时代初期,航天飞行主要为了取得发现,官僚色彩不浓。当时的监管较为宽松,冒险的意愿更大。现在则更注重风险规避,因为航天器在经济和国家安全方面扮演不可或缺的角色。在这种大环境下,航天器可靠性的阈值不断提高。早期的空间学家并没有过度宣传他们取得的成就,现在则不然。过度宣传降低公众兴趣,进而提高获得资金的难度。不过,我们对天基主动实验的需求并没有减少,实际情况恰恰相反。1968年,美国共发射了61个有效载荷。2017年,这一数字为255。俄罗斯、中国、印度、其它国家以及私营部门也积极进行太空发射。这意味着我们需要进一步了解太空环境及其对无人和载人航天器的潜在影响,确保航天器和宇航员的安全。
    高能碎片摧毁卫星 核辐射污染全球!美国太空核试验后果
      1961年5月5日
      艾伦·谢泼德成为第一位入主太空的美国宇航员
      我们有理由保持乐观。最近几年,数据收集和分析能力不断提高。一些新技术正走向成熟,让进行一系列新探索成为可能。利用更先进的技术进行天基主动实验有助于我们进一步探索未知,让我们对太空的认知不再局限于此前收集的数据。
      CONNEX天基实验项目正在向前推进。这项实验旨在将地球磁气圈内的现象与电离层联系在一起,尤其是在地磁活动较为剧烈的时期,此时的近地太空环境异常混乱。目前,我们尚未在磁气圈和电离层之间建立精确联系,阻碍了磁气圈的研究。举例来说,我们知道极光由带电粒子与电离层内的原子相撞形成,导致原子内的电子改变能量态并释放光线。尽管进行了几十年的研究,我们至今不知道极光背后的磁气圈过程和相关条件。这导致我们无法让极光区电离层充当一个电视屏幕,用于观察磁气圈活动。
    高能碎片摧毁卫星 核辐射污染全球!美国太空核试验后果
      CONNEX任务示意图
      产生人造极光帮助科学家了解地球附近的太空环境
      CONNEX实验能够帮助科学家解答这个问题。CONNEX是一个小卫星群,由一颗母星和几颗较小的子星构成。它们将进入距地球3.1万英里(约合5万公里)的轨道,收集相关数据。母星配备一台电子加速器,发射能够直抵大气层的相对论性电子束,制造人造极光。地面仪器将对人造极光和本地电离层环境进行观测。与此同时,CONNEX的小卫星对磁气圈进行观测。这能够帮助我们进一步了解太空环境的行为,进而提高航天器应对地磁暴和磁层亚暴的能力。
    高能碎片摧毁卫星 核辐射污染全球!美国太空核试验后果
      磁气圈,一个环绕地球的巨型磁气泡
      过去15年时间里,洛斯·阿拉莫斯国家实验室一直在推进这个项目,但由于总体思路和基础技术不够成熟,CONNEX一直未能飞天。现在,相关技术不断发展再加上洛斯·阿拉莫斯实验室专项研发计划提供的资金,我们相信CONNEX能够提供至关重要的数据,加深我们对近地环境的认知。
      太空环境对国家安全和全球经济的重要性不断提升。CONNEX这样的天基主动实验能够让我们进一步洞察太空环境。世界各地的研究机构正在谋划其它一系列天基主动实验。我们需要抓住新技术赋予我们的机会,加大太空研究的深度和广度,提高太空环境变化的预测能力,从而进一步保护航天器的安全。