随着地月航天活动日益频繁。太阳风、宇宙射线、微陨石对航天设备、航天人员的威胁概率也在不断上升。为应对这些挑战,国家启动了名为“月盾”的专项研究项目。前期项目按领域不同,划分为3个项目组:1、应对太阳风、宇宙射线等高能带电粒子的等离子防护组。2、负责监测太阳活动、小行星、彗星运动轨迹的天文监测组。3、对发现的有威胁小行星、彗星进行打击应对的近地小天体防御系统。
等离子防护组:主要研究如何高效抵御高能带电粒子对月面基地各种设施的袭击,初步有两个方案。
方案一,基地刚好处于月球陨石坑的内部,坑壁四周作为天然的防护壁,在坑壁的四周高位处架设塔架,组成一个圆形塔架圈。塔架之间由纳米碳导电丝穿插相连接,形成密闭的网格防护罩。通过对导电丝通电时由“电流的磁效应”产生磁场。当高能带电粒子接近防护罩时受“洛伦兹力的作用”,带电粒子会发生偏转,电荷交换、散射等过程来减少入射等离子体的能量和通量。从而对基地内的各种电子设备起到保护作用。(为了不影响地月之间正常的通讯需求,只有在预警系统检测到有太阳风、宇宙射线威胁时才会通电启用)。该技术的难点是:一、工程工作量比较大,需要大量的塔架。现阶段都需要在地球加工好后通过运载火箭运抵至月球基地搭建,运输成本过高。正在尝试月面原位利用技术来解决这一问题。
二、现阶段需突破纳米碳导电丝的制造技术还有待完善。
方案二,攻克等离子发生装置在月面真空环境的运用。一、初步设想是,通过对从月球采矿收集的一些物质通过超声波粉碎设备加工成微粒形态,在检测到太阳风来袭时由发射装置抛射到基地上空并引爆,形成致密的粉尘云层,同步采用高频电场、激光、微波等手段来提供来轰击云层,为其提供足够的能量,使其发生电离,从而形成等离子体层。通过它们来吸收太阳风带电粒子的能量,进而保护基地的电子设备。
二,释放气体并电离,在月球基地上空释放一定量的气体(如氢气、氦气等),这些气体在月球的稀薄大气中相对容易存在。而后使用高能电子束或激光等手段对释放的气体进行电离,使其转化为等离子体。通过控制电离过程,可以在月球基地上空形成一层等离子层,对太阳风中的带电粒子产生一定的阻挡作用。
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天文监测组由地、月、空三位一体的观测站组成。具体如下:
地即地球天文台\/站,通过传统光学望远镜、太阳光球色球望远镜结合射电望远镜共同完成对太阳的持续观测收集太阳活动的相关数据,通过对收集的各项数据的分析来推测太阳风爆发的时间及强度。主要有 :如金陵紫金山天文台、中国科学院国家天文台吐蕃天文站等,以及中国科学院国家空间科学中心的明安图野外科学观测研究站,该站有着国内独有的行星际闪烁监测望远镜(IPS 望远镜)。
月是月球天文站,主要由两部分构成,一,月球地面观测基地,主要观察手段光学及射电望远镜。二,月球轨道空间站。主要设备是太阳风离子探测器。
空是空间站,由空间站搭载的太阳射电望远镜(SRT)、磁场监测仪器、粒子探测器、结合太阳观测卫星,实现对太阳的全天候实时监控。
通过以上多种技术手段,实现多位一体对太阳风全天候无死角的监测,根据监测数据建立预警系统,及时发布太阳风预警信息,为航天任务保驾护航。
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微陨石防御打击,现阶段主要参照已经在推进的近地小天体防御系统,它是一套及小行星探测技术、轨道计算与预测技术、防御策略制定与实施技术等组成的膨大系统。具体如下:
预警系统:通过地面和天基观测设备对近地小行星进行持续监测,及时发现并预警潜在的撞击威胁。这些设备包括大型光学望远镜、射电望远镜、红外望远镜以及专门的近地小行星探测卫星等。
监测系统:对预警系统发现的潜在威胁小行星进行持续跟踪和监测,获取其精确的运行轨道和物理特性等参数。这些数据是制定防御策略的重要依据。
防御系统:根据监测结果和风险评估,制定并实施相应的防御措施。这些措施可能包括主动干预(如发射飞行器进行撞击或引力牵引等)和被动防护(如加强地面人防工程等)。
太阳风监测站:预警系统:综上所述,防范月球基地的太阳风需要综合考虑多种因素,包括基地位置的选择、防护结构的加强、防护材料的使用、电力系统与电磁防护的完善、应急与备份系统的建立以及监测与预警系统的构建等。这些措施将共同为月球基地提供全面的太阳风防护。
国防科技大学湘江校区,十一月的清晨,风中已经透着些许凉意,陈盛棕走在前往实验室的道路上,脑海中想着昨晚收到的关于太阳风对月球基地的袭击问题。作为我国等离子体屏蔽技术方面资深研究员,太阳风防御研究的重任,责无旁贷的需要他来挑起这个重担。等离子体屏蔽技术在地球上已经成功完成研究并通过的实战测试。但月球环境跟地球完全不一样,它是接近真空的环境,这就导致着空间里不存在辅助等离子体形成的空气载体,这点是目前迫切需要解决的。
关于真空环境中生成等离子体层,目前的主要需要解决的问题的:一、试验出适合能在月球真空环境中有效激发,并形成等离子体的材料试验。
二、攻克月壤中用于产生离子的矿物元素的炼制提取技术。
想到这些一系列需要解决的难题,陈盛棕不禁加快了脚步往实验室走去。
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