客观日本

警惕太阳耀斑危害!在太空保护人造卫星,在地面避免停电

2022年10月20日 海洋宇宙

做好应对太阳表面大爆炸——“太阳耀斑”准备的重要性正在增强。耀斑发出的大量高能粒子流和气体降临地球时,恐对全球定位系统(GPS)和地面输电网产生极大影响。今后特别是对那些包括含民间企业在内的、发射量急剧增加的人造卫星,风险将更大。那么,对来自太阳的巨大灾害,做好了充分准备了吗?

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太阳耀斑爆发时,高能粒子和气体将降临地球(NASA提供)

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Axelspace公司运营的重量为100kg左右的小型卫星

“卫星一旦升空,之后再能对应的事情就很少了。所以我们尽量留有余地,即使出现太阳耀斑造成的危害也能继续服务”。从事超小型卫星开发和相关服务的Axelspace公司(东京都中央区)的高级工程师国母隆一如是说。

日本总务省的研讨会在6月份的时候公布,预计太阳活动在2025年前后会较为活跃,有可能带来百年一遇级别的太阳耀斑灾害。国母先生是该研讨会的成员。

虽然太阳耀斑经常发生,但是大规模爆发据统计是10年左右发生一次。太阳耀斑的大爆发会导致高能粒子、气体、强烈的X射线和紫外线降临地球,会带来各种影响。最近令人担忧的基础设施之一就是人造卫星。

2022年2月,埃隆·马斯克领导的美国风投公司、太空探索技术(SpaceX)所发射的49颗通信卫星中,有40颗被认为是受到了因太阳耀斑的影响而使得地磁紊乱导致其无法使用。日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)的环境观测技术卫星“绿色2号”,也在2003年因太阳耀斑的影响造成太阳电池发生故障,而放弃了运营的经历。

那么,卫星运营商有哪些准备可以做呢?就Axelspace公司而言,其主要服务内容是用卫星拍摄地面,提供森林监测和作物生长情况等数据。

Axelspace公司本来就有5颗卫星在提供服务,启用多台卫星也是应对太阳耀斑的一种有效措施。当太阳耀斑发生时,如果有一颗卫星位于从地球上看去是与太阳相反的一侧,那颗卫星就很难受损,并且5颗卫星同时发生故障的概率也很低。该公司的卫星使用光学观测手段,平时就要应对恶劣天气等风险,已将影响控制在最低限。

不过,除了观测卫星以外,GPS使用的发送电波的卫星和转播无线通信的通信卫星等这类用于社会基础设施的卫星数量在不断增加。此类用途的卫星“如果预测到短时间会因太阳耀斑而发生运营障碍,(运营商)也许就有必要向社会发出警告”(国母先生)。

地面基础设施的对策也不可或缺。总务省研讨会上的受害预测中,有人指出电力系统可能出现大面积停电的情况。

“无论如何都要避免因太阳耀斑导致的变压器损坏、无法输电的情况”。东京电力控股旗下的输配电公司——东京电力PowerGrid的负责人说必须准备好以防万一。

关于太阳耀斑,日本信息通信研究机构(NICT)以24小时体制监视,并对外发送“宇宙天气预报”。东京电力PowerGrid公司则是一旦知道了耀斑发生,就立刻确认变压器的电流,如果发现异常,甚至会采取停运措施。开发太阳耀斑监控系统的契机是1989年在加拿大魁北克州发生的一次大规模停电。当时太阳耀斑导致了大约10个小时的停电。日本的输电网中使用支持交流电的变压器。而太阳耀斑扰乱地球磁场所产生的是直流电。直流电如果流入变电站的变压器就会引起变压器过热,最坏的情况就是导致停电。

东京电力PowerGrid公司在东电管辖范围内的3个地点设置了测量装置,每天24小时监测流经变压器的直流电流。截至到现在,观测到的电流最大值是2003年10月发生太阳耀斑时出现的120A左右的直流电。该公司表示,“未到需要关停变压器的程度,即便是百年一遇的规模我们也可以应对”。

日文:北川舞、《日经产业新闻》、2022/9/28
中文:JST客观日本编辑部