一項(xiàng)革命性的太空技術(shù)正逐步成為現(xiàn)實(shí)，它將利用太陽光驅(qū)動的太陽帆衛(wèi)星，為科學(xué)家提供更早期的太空天氣預(yù)警。這項(xiàng)技術(shù)有望顯著提高對地磁暴等可能破壞地球技術(shù)系統(tǒng)的太空天氣事件的預(yù)測能力。
美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）太空天氣觀測辦公室的研究運(yùn)營和項(xiàng)目規(guī)劃部主任伊爾凡·阿齊姆形象地解釋了太陽帆的工作原理：“想象一下帆船在海上航行，太陽帆也是同樣的原理，只不過我們不再依賴空氣，而是利用太陽發(fā)出的光子來驅(qū)動衛(wèi)星。”
阿齊姆進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)：“這是一項(xiàng)極具創(chuàng)新性的技術(shù)。傳統(tǒng)上，衛(wèi)星的移動依賴于推進(jìn)系統(tǒng)，而太陽帆則為太空旅行提供了一種既經(jīng)濟(jì)又高效的新途徑。”
NOAA太空天氣觀測辦公室負(fù)責(zé)管理和運(yùn)營一系列在太空中運(yùn)行的衛(wèi)星系統(tǒng)，這些衛(wèi)星從地球和太陽之間的觀測點(diǎn)收集關(guān)鍵數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)被用于生成太空天氣預(yù)報(bào)，幫助預(yù)報(bào)員發(fā)布監(jiān)測和預(yù)警信息，預(yù)測太陽耀斑是否可能對地球、其他太空技術(shù)或宇航員構(gòu)成威脅。
目前，包括美國國家航空航天局（NASA）的高級成分探測器（ACE）和NOAA的深空氣候觀測站（DSCOVR）在內(nèi)的多個太空任務(wù)正在監(jiān)測太陽活動。太陽風(fēng)，由來自太陽日冕層的電子和質(zhì)子組成，與地球上的微風(fēng)截然不同。密切關(guān)注太陽風(fēng)至關(guān)重要，因?yàn)楫?dāng)它與地球接觸時，會與地球磁場相互作用，在極地附近產(chǎn)生極光；如果太陽風(fēng)足夠強(qiáng)烈，還可能引發(fā)地磁暴。
盡管監(jiān)測機(jī)構(gòu)能夠提前發(fā)布太陽風(fēng)警報(bào)，但對于可能影響電網(wǎng)、GPS系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)和空中交通等不同技術(shù)系統(tǒng)的太陽風(fēng)，更長的預(yù)警時間仍然至關(guān)重要。NOAA的“未來太空天氣”計(jì)劃旨在通過未來的衛(wèi)星任務(wù)提前預(yù)警地磁暴，這需要找到太陽耀斑爆發(fā)后盡早獲取數(shù)據(jù)的方法，并在更接近太陽的地方進(jìn)行測量。
這正是太陽帆技術(shù)發(fā)揮作用的地方。阿齊姆表示：“太陽帆使我們能夠以更高效的方式突破拉格朗日1點(diǎn)（L1），這是目前最先進(jìn)的太陽觀測位置。L1點(diǎn)提供了一個相對穩(wěn)定的軌道，可以持續(xù)無遮擋地觀察太陽活動。然而，如果想進(jìn)一步靠近太陽，就必須使用化學(xué)火箭。太陽帆則為我們航行到L1點(diǎn)上游提供了一種經(jīng)濟(jì)有效的方式。”
L1點(diǎn)位于太陽和地球之間，距離地球約150萬公里。在這個位置，航天器可以保持相對靜止，持續(xù)觀測太陽活動。研究人員指出，讓衛(wèi)星離太陽越近，就能越快獲得太空天氣事件發(fā)生之前、期間和之后的數(shù)據(jù)。
通過使用太陽帆，航天器可以航行到太陽風(fēng)的上游，這將使預(yù)警時間提前50%。這還可以讓衛(wèi)星位置不再局限于過去45年來一直使用的L1點(diǎn)。
在最近的AMS年會上，NOAA分享了該項(xiàng)目的最新進(jìn)展。作為與NASA合作的“太陽巡航器”項(xiàng)目的一部分，NOAA正在建造全尺寸的太陽帆。部署后，這面太陽帆將覆蓋約1653平方米的面積。除了位于中心部位、配備纜軸和帆展開系統(tǒng)的航天器外，太陽帆還包括四個獨(dú)立的帆面。每個帆面都將獨(dú)立建造，預(yù)計(jì)將于2026年2月全部完工。
阿齊姆表達(dá)了他的興奮之情：“這項(xiàng)技術(shù)將不同學(xué)科緊密結(jié)合在一起。看到材料科學(xué)和其他學(xué)科的新進(jìn)展幫助我們在太空氣象領(lǐng)域取得所需突破，這真的令人振奮。”
如果一切按計(jì)劃進(jìn)行，NOAA希望在2029年通過拼車發(fā)射服務(wù)將航天器送入太空。這一項(xiàng)目的成功實(shí)施將標(biāo)志著太陽帆技術(shù)從理論走向?qū)嵺`的重要一步，為未來的太空探索和天氣預(yù)警提供新的可能。
