宇宙射线可能威胁空间天气卫星

DSCOVR的计算机可能正遭受辐射引起的故障,此前数月它成为了监测 incoming 太阳风暴的主要哨兵

DSCOVR 从距离地球约 150 万公里的轨道监测空间天气。

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一颗旨在向地球发出 incoming 太阳风暴警报的美国空间天气卫星,自投入运行以来,在过去一年中已临时离线五次。其机载计算机可能正经历由银河宇宙射线意外引起的故障。

深空气候观测站 (DSCOVR) 最近一次停止运行是在 10 月 11 日。在每次事件中,它都意外进入“安全保持”模式,科学数据停止传输,工程师不得不紧急尝试恢复航天器。自 2015 年 10 月 28 日美国国家海洋和大气管理局 (NOAA) 从建造并发射它的 NASA 手中接管该航天器以来,DSCOVR 的空间天气预报仪器总共已离线超过 42 小时。

每次中断仅持续几个小时,总停机时间占其在太空时间的 0.48%,远低于 NOAA 要求航天器至少运行 96% 时间的要求。科罗拉多州博尔德 NOAA 空间天气预报中心预报办公室主任 Robert Rutledge 表示,10 月 11 日的中断并未显着影响几天后到达的轻微地磁暴的预测。


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但停运意味着当大型太阳风暴爆发时,DSCOVR 可能会离线,使地球实际上对 incoming 的冲击一无所知。“它们有问题吗?是的,”博尔德中心的太阳物理学家 Douglas Biesecker 说。

风暴预警

其他太阳物理学航天器监测太阳爆发,但 DSCOVR 从其在引力稳定的 L1 点(距地球约 150 万公里,在太阳方向)的位置提供独特的信息。该航天器的仪器直接测量从太阳流出的带电粒子的速度、磁场和其他特性。这些数据转化为对太阳风暴袭击地球时可能发生的情况的更好预测,例如卫星电子设备中断或电网波动。

DSCOVR 是 NOAA 预测空间天气的主要工具,但它的前身是 Triana,一颗 NASA 地球观测航天器,于 1990 年代后期建造,用于持续观测地球。Triana 是时任美国副总统阿尔·戈尔的个人项目,于 2001 年被搁置,然后在 2008 年被重新用于 NOAA 的空间天气需求。“它从一开始就不是设计为空间天气卫星的,”NASA 华盛顿特区太阳物理部门负责人 Steven Clarke 说。

该卫星于 2015 年 2 月 11 日发射,并在四个月后首次发生故障,当时其机载计算机自发重启。平均而言,安全保持每 74 天发生一次,但有两次仅相隔八天。它们与太阳风暴无关。

NASA 成立的内部审查委员会研究了这个问题,但未能明确指出原因,但得出的结论是,最有可能的原因是银河宇宙射线随机撞击航天器,导致高能电离,从而重启计算机。该计算机由 NASA 于 2000 年制造,包含一块处理器卡,该卡与许多其他任务中使用的处理器卡类似,旨在承受深空辐射危害。

知识差距

NOAA 确实有一个备用数据流,来自也在 L1 点轨道上运行的先进成分探测器 (ACE) 航天器。在 NOAA 预报员于 7 月切换到 DSCOVR 之前,那是太阳风数据的主要来源。但 ACE 已经有 19 年的历史了,强烈的太阳风暴可能会淹没其预报仪器,在最需要数据时造成问题。

NOAA 已向国会申请额外 150 万美元,以改进其处理 DSCOVR 数据的方式,包括对停运的响应。该卫星预计将持续运行到 2022 年,届时后续任务计划发射。从历史上看,NOAA 一直在其力所能及的地点和时间拼凑其空间天气观测数据,但美国政府开始要求采取更连贯的方法。10 月 13 日,巴拉克·奥巴马总统签署了一项行政命令,除其他外,要求 NOAA“确保持续改进业务空间天气服务”。

本文经许可转载,首次发表于 2016 年 10 月 28 日。

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