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“天宮一號”的重量有8噸，使用壽命兩年，類似于一個小型的太空空間實(shí)驗(yàn)室。在發(fā)射后的兩年中，中國將相繼發(fā)射神舟8、9、10號飛船，分別與“天宮一號”實(shí)現(xiàn)對接。“天宮一號”是我國空間站實(shí)驗(yàn)飛船，載人航天二步一階段第一艘飛船，是建立我國自主空間站的基礎(chǔ)工程，飛船系統(tǒng)更加先進(jìn)和復(fù)雜,對空間環(huán)境狀況及其可能對任務(wù)各系統(tǒng)的影響的準(zhǔn)確預(yù)報對于天宮一號任務(wù)的圓滿完成至關(guān)重要。
影響“天宮一號”安全運(yùn)行的空間天氣要素主要有：高能帶電粒子、沉降粒子、高層大氣、電離層和空間碎片，它們造成的有害效應(yīng)包括：單粒子事件、表面和深層充電效應(yīng)、總劑量效應(yīng)、軌道衰變、姿態(tài)改變、定軌誤差、通訊中斷和碎片撞擊。因此，在飛船的發(fā)射和運(yùn)行期間應(yīng)當(dāng)對這些空間天氣要素進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測和預(yù)報，對可能發(fā)生的嚴(yán)重空間天氣擾動事件做出警報，保障飛船的順利發(fā)射和安全的在軌運(yùn)行。
國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心將在太陽活動、空間輻射環(huán)境、地磁活動、粒子沉降、電離層騷擾和碎片空間分布的預(yù)報和警報方面開展工作，對“天宮一號”的飛船發(fā)射、飛船在軌運(yùn)行和飛船返回提供空間天氣保障服務(wù)。
國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心曾在“神舟七號”載人航天飛船的發(fā)射與返回空間天氣服務(wù)保障工作中出色地完成了航天飛行空間天氣保障服務(wù)任務(wù)?？紤]到神舟七號任務(wù)期間的空間環(huán)境態(tài)勢和軌道空間環(huán)境的影響，同時還考慮到國內(nèi)外監(jiān)測和研究所能達(dá)到水平，國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心選擇了航天員輻射環(huán)境、高層大氣環(huán)境、電離層環(huán)境和空間碎片環(huán)境，對神舟七號任務(wù)期間的空間天氣環(huán)境特征及其對任務(wù)各系統(tǒng)的影響進(jìn)行分析，并建立了此環(huán)境的效應(yīng)的評估模式，為神舟七號任務(wù)提供了成功的空間環(huán)境保障。
為了保障神舟七號航天員的輻射安全，需要建立航天員輻射劑量計算系統(tǒng)，系統(tǒng)由輻射環(huán)境模塊、傳輸模塊和劑量計算模塊組成。輻射環(huán)境模塊可以根據(jù)用戶提供的飛船軌道參數(shù)，調(diào)用環(huán)境計算模式并調(diào)用探測數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，對軌道上的輻射環(huán)境狀況進(jìn)行仿真計算，主要的計算模式包括：1、神舟七號軌道輻射帶異常區(qū)環(huán)境推算模式；2、神舟七號軌道太陽高能粒子分布模式。傳輸模塊可以根據(jù)飛船艙室和航天服的結(jié)構(gòu)，對航天員周圍屏蔽物質(zhì)的厚度進(jìn)行快速分析，并計算高能粒子到達(dá)該點(diǎn)的能譜，為效應(yīng)計算打下基礎(chǔ)。需要調(diào)用的計算模式主要有：1、衛(wèi)星三維屏蔽快速分析模式；2、高能粒子傳輸模式。劑量計算模塊對航天員的吸收劑量進(jìn)行計算，并對航天員正在遭受和即將遭受的危險劑量率進(jìn)行告警：1、總劑量計算模式；2、吸收劑量告警模式。
對中高層大氣的環(huán)境監(jiān)測，在神舟七號載人航天任務(wù)的空間天氣服務(wù)中，我們可以根據(jù)太陽活動的情況應(yīng)用NRLMSIS-00中性大氣模式結(jié)合太陽射電流量（F107）預(yù)報和地磁（Ap）預(yù)報結(jié)果，預(yù)測高層大氣密度，計算飛船的軌道衰變率。由于NRLMSIS-00模式在地磁活動水平較高（發(fā)生磁暴）時，其計算結(jié)果誤差較大。因此在此種情況下，我們將引入CHAMP衛(wèi)星的準(zhǔn)實(shí)時觀測數(shù)據(jù)，來修正NRLMSIS-00模式的計算結(jié)果。這樣就可以在可能發(fā)生大磁暴造成大氣密度突增的情況下給出軌道突降預(yù)警，并且半定量分析軌道突降程度。
為完成對神舟七號飛船的空間天氣保障對電離層部分我們使用并研制的軟件及軟件模塊包括：1、廈門電離層臨頻監(jiān)測軟件模塊；2、珠三角地區(qū)電離層閃爍監(jiān)測軟件模塊；3、中國區(qū)域離層TEC分析模塊；4、中國地區(qū)電離層hmF, NmF2, TEC背景趨勢預(yù)測軟件；5、電離層D區(qū)吸收預(yù)報軟件；6、地面兩點(diǎn)短波通可用頻率范圍計算軟件。研制了：1、廈門電離層臨頻分析模塊；2、廣州電離層閃爍分析模塊；3、電離層環(huán)境演示系統(tǒng)。電離層環(huán)境模塊可以根據(jù)用戶提供的飛船軌道參數(shù)，調(diào)用環(huán)境計算模式并調(diào)用探測數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，對軌道上的電離層環(huán)境狀況進(jìn)行仿真計算。
采用Ordem2000模型對神舟七號飛船所處的空間碎片環(huán)境進(jìn)行評估。Ordem2000是NASA根據(jù)遙測數(shù)據(jù)和地面測量數(shù)據(jù)開發(fā)的半經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)的空間碎片環(huán)境工程模型，被國際空間組織廣泛應(yīng)用于對運(yùn)行高度介于200km至2000km之間的近地軌道區(qū)域的航天器進(jìn)行空間碎片風(fēng)險評估。具體來說，Ordem2000碎片模型為一個有限元模型，將空間及速度離散化，基于已有觀測數(shù)據(jù)再進(jìn)行偏差修正得出空間碎片通量分布等分布狀態(tài)。以飛船運(yùn)行的軌道參數(shù)及時間作為Ordem2000模型的輸入，其中軌道參數(shù)包括遠(yuǎn)地點(diǎn)高度、近地點(diǎn)高度和軌道傾角，或是以軌道半長軸、離心率和軌道傾角的形式表示。經(jīng)過Ordem2000模型計算得到給定軌道的空間碎片通量分布，對飛船進(jìn)行空間碎片碰撞風(fēng)險評估。
為了更好地為神舟七號提供空間環(huán)境保障服務(wù)，國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心除了針對四個空間環(huán)境要素及其影響進(jìn)行分析、預(yù)報和準(zhǔn)確的評估外，還對四個模式系統(tǒng)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、輸出結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)化，方便了業(yè)務(wù)服務(wù)的順利進(jìn)行和用戶對服務(wù)產(chǎn)品的使用。通過集成，神舟七號保障服務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)環(huán)境參數(shù)的自動采集，并形成公共數(shù)據(jù)庫；建立模式驅(qū)動平臺，協(xié)調(diào)四個模式系統(tǒng)的運(yùn)行；建立產(chǎn)品展示平臺，直觀形象展示預(yù)報結(jié)果，生成標(biāo)準(zhǔn)化的保障產(chǎn)品。
