神舟十一號(hào)載人飛船已經(jīng)成功發(fā)射了，共載有兩名航天員，并計(jì)劃于今日與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行交會(huì)對(duì)接。成功對(duì)接后，兩名航天員將正式“入宮”，進(jìn)行空間實(shí)驗(yàn)。

　　作為分不清高端載荷設(shè)備、也看不懂前沿科學(xué)實(shí)驗(yàn)的吃瓜群眾，最吸引眼球的無(wú)疑是宇航員在空間實(shí)驗(yàn)室里長(zhǎng)達(dá)30多天的中期駐留了。這一個(gè)多月的時(shí)間里，宇航員要直面隨時(shí)會(huì)變臉的太陽(yáng)，萬(wàn)一太陽(yáng)一言不合就發(fā)怒了，他們腫么辦？

　　可怕的高能粒子

　　對(duì)航天員而言，面對(duì)瞬息萬(wàn)變的太陽(yáng)，最大的威脅要數(shù)太陽(yáng)質(zhì)子事件了。

　　什么是太陽(yáng)質(zhì)子事件呢？當(dāng)太陽(yáng)風(fēng)暴發(fā)生時(shí)會(huì)釋放出大量高能量的帶電粒子，它們最快十幾分鐘就可以到達(dá)地球，使地球周圍的高能帶電粒子數(shù)量增加數(shù)千倍，甚至上萬(wàn)倍。由于在這些粒子中，質(zhì)子占了總粒子數(shù)的90%以上，因此被稱為太陽(yáng)質(zhì)子事件。

太陽(yáng)質(zhì)子事件

　　太陽(yáng)質(zhì)子事件的發(fā)生與太陽(yáng)黑子關(guān)系密切。在太陽(yáng)活動(dòng)高年（黑子數(shù)較多的年份），太陽(yáng)質(zhì)子事件較頻繁；在太陽(yáng)活動(dòng)低谷年份，則可能一次也沒(méi)有；而在太陽(yáng)活動(dòng)峰年附近，太陽(yáng)質(zhì)子事件可達(dá)每年10多次。

　　與太陽(yáng)黑子一樣，太陽(yáng)質(zhì)子事件的發(fā)生頻率也存在11年的變化周期，不過(guò)，就每次事件而言，其發(fā)生的時(shí)間、持續(xù)時(shí)間以及事件的強(qiáng)度則都是隨機(jī)的。這給預(yù)報(bào)工作造成了非常大的難度，而且，太陽(yáng)爆發(fā)后，留給宇航員們的避難時(shí)間可能只有短短的十幾分鐘，所以，設(shè)置規(guī)避措施就變的尤為重要。

　　當(dāng)高能粒子到達(dá)航天器，其產(chǎn)生的高能粒子流與地面放射性物質(zhì)發(fā)出的射線一樣，具有致命的放射性。它們能夠穿透航天服和太空艙，引起航天員身體器官的物理?yè)p傷。

輻射形成自由基對(duì)DNA的破壞（左）高能粒子造成DNA的斷裂（右）

　　高能粒子主要通過(guò)兩種機(jī)制危害人體的細(xì)胞組織，一是直接造成生物活性大分子斷裂、脫落，導(dǎo)致直接損傷；二是與身體中大量的水分子發(fā)生作用，產(chǎn)生自由基，這些自由基進(jìn)一步與生物分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成間接損傷。不過(guò)，最終的人體輻射效應(yīng)危害非常復(fù)雜，其嚴(yán)重程度主要與所受到的輻射劑量大小有關(guān)。

　　在載人航天任務(wù)中，航天員接受的輻射劑量是需要受到嚴(yán)格的控制的。在低劑量輻照的情況下，高能粒子可能誘導(dǎo)人體細(xì)胞產(chǎn)生變異，變異細(xì)胞可以發(fā)生遺傳變化或?qū)е掳┳兊葒?yán)重后果；而高劑量的高能粒子輻射會(huì)引起皮膚、骨髓等器官的急性損傷（比如引起白內(nèi)障），嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)＜吧６?yáng)質(zhì)子事件正是航天員在空間環(huán)境中面臨的最危險(xiǎn)因素。

　　為了保障在軌航天員免受高能粒子輻射的嚴(yán)重影響，載人航天任務(wù)實(shí)施過(guò)程中采取了大量的輻射防護(hù)措施，包括對(duì)太陽(yáng)質(zhì)子事件進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警，制定各種情況下飛行計(jì)劃與操作預(yù)案，在航天器中建造專門的輻射避難裝置等等，以使航天員受到的輻射盡可能地降低到安全程度。

　　國(guó)際空間站如何應(yīng)對(duì)？

　　載人飛行對(duì)輻射危害防護(hù)的案例之一就是美國(guó)2003年的“萬(wàn)圣節(jié)事件”。

　　2003年10月至11月份，太陽(yáng)上爆發(fā)了一系列強(qiáng)烈的爆發(fā)活動(dòng)，其猛烈程度極為罕見(jiàn)。

2003年10月的特大太陽(yáng)質(zhì)子事件發(fā)生時(shí)高能質(zhì)子打在SOHO衛(wèi)星的CCD上產(chǎn)生的白色斑點(diǎn)和線條

　　10月29日太陽(yáng)質(zhì)子事件的峰值流量達(dá)到29500 pfu（Partical Flux Unit，表示探測(cè)器每秒、每球面度、每平方厘米上探測(cè)到的粒子數(shù)），是GOES衛(wèi)星（美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局發(fā)射的靜止軌道環(huán)境業(yè)務(wù)衛(wèi)星）自1976年觀測(cè)以來(lái)的第4大極值；同在這一天，地磁暴Ap指數(shù)（全球的全日地磁擾動(dòng)強(qiáng)度指數(shù)）達(dá)到204，是1932年記錄以來(lái)的第9大極值。

　　從10月18日開(kāi)始，到11月5日共19天的時(shí)間里，日面上共爆發(fā)了11個(gè)X級(jí)的大耀斑，包括令“世人矚目”的超強(qiáng)耀斑——11月4日的X28級(jí)巨耀斑，它是GOES衛(wèi)星自1976年以來(lái)觀測(cè)到的最大耀斑。

　　因這段時(shí)間正值萬(wàn)圣節(jié)前后，因此這次太陽(yáng)爆發(fā)被命名為“萬(wàn)圣節(jié)太陽(yáng)風(fēng)暴”。

　　在萬(wàn)圣節(jié)太陽(yáng)風(fēng)暴中：

2003年10月29日，SOHO衛(wèi)星觀測(cè)到X10級(jí)耀斑

　　76顆通訊衛(wèi)星中有46顆報(bào)告了異常，其中日本先進(jìn)地球觀測(cè)衛(wèi)星-2（ADEOS-2）完全失效；美國(guó)加州中部上空出現(xiàn)了罕見(jiàn)的極光；全球范圍內(nèi)的通訊受到干擾，海事緊急呼叫系統(tǒng)癱瘓，珠峰探險(xiǎn)隊(duì)通訊中斷；全球定位系統(tǒng)精度降低；瑞典5萬(wàn)人的電力供應(yīng)中斷。

2003年10月29日，“萬(wàn)圣節(jié)事件”引發(fā)的極光。攝于Houston， Texas（緯度相當(dāng)于我國(guó)重慶）

　　峰值流量達(dá)到29500pfu的太陽(yáng)質(zhì)子事件為國(guó)際空間站帶來(lái)了不小的麻煩，也對(duì)宇航員的安全構(gòu)成了極大的威脅。

　　為防止輻射，在此次質(zhì)子事件發(fā)生期間，美國(guó)國(guó)際空間站被迫關(guān)閉了價(jià)值十億美元的機(jī)械臂和飛船工作站?？臻g站內(nèi)的工作人員臨時(shí)終止一切任務(wù)。

　　當(dāng)空間站位于高輻射區(qū)域（高磁緯度）內(nèi)時(shí)，工作人員被安頓在空間站尾部的防護(hù)艙中躲避?？臻g站前后6次經(jīng)過(guò)高輻射區(qū)域，工作人員總計(jì)在防護(hù)艙中躲避了20分鐘。

Zvezda Service Module

　　該防護(hù)艙是由俄羅斯設(shè)計(jì)建造的Zvezda模塊，它的特殊設(shè)計(jì)使其對(duì)高水平輻射具有最大的屏蔽作用。

　　面對(duì)太陽(yáng)爆發(fā)，宇航員可以腫么辦？

　　宇航員們的第一道屏障，無(wú)疑就是他們存身的航天器了，它為航天員時(shí)時(shí)提供必要的輻射防護(hù)。

　　在載人航天器中，又有哪些常用的方法來(lái)“武裝”航天器呢？

　　當(dāng)遭遇到特大太陽(yáng)質(zhì)子事件時(shí)，僅依靠航天器本身的整體防護(hù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。為降低潛在的特大太陽(yáng)質(zhì)子事件構(gòu)成的輻射危險(xiǎn)，實(shí)施航天員的個(gè)體防護(hù)是普遍的做法。

　　如在航天器艙內(nèi)建造一個(gè)小的輻射應(yīng)急屏蔽室。屏蔽室的質(zhì)量厚度可以大一些，當(dāng)發(fā)生特大的太陽(yáng)質(zhì)子事件時(shí)，航天員可以躲進(jìn)屏蔽室內(nèi)以降低接受的輻射劑量。例如前文提到的Zvezda防護(hù)艙，就是由超強(qiáng)聚乙烯材料做成的“磚塊”武裝著。

Zvezda內(nèi)壁由聚乙烯“磚塊”防護(hù)，白色部分防護(hù)較弱，藍(lán)色部分防護(hù)較強(qiáng)

　　另一種方法是在艙壁內(nèi)裝備上“水墻”。將裝滿水的水袋填充在艙壁內(nèi)的六邊形框架中，保護(hù)艙內(nèi)工作人員免受輻射的威脅。

由功能性水袋填充的艙壁

　　但是，無(wú)處不在的宇宙背景輻射和突然爆發(fā)的太陽(yáng)活動(dòng)仍會(huì)對(duì)宇航員的生命安全構(gòu)成威脅。

　　對(duì)我國(guó)載人航天器設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，背景輻射的防護(hù)已不算新鮮，之前多次的短期太空飛行已經(jīng)奠定了足夠的基礎(chǔ)。而考慮到這次航天員要在天宮二號(hào)進(jìn)行中期駐留，除了為航天員配備筆記本電腦、平板電腦、跑步機(jī)之外，如何保護(hù)他們免于受到太陽(yáng)突發(fā)事件的傷害就顯得尤為重要，相信設(shè)計(jì)師們也一定為他們做好了萬(wàn)全的準(zhǔn)備。

　　天宮二號(hào)作為低地球軌道航天器（約400km高度），其運(yùn)行高度在地球磁層的范圍內(nèi)，所以仍會(huì)受這道天然屏障的保護(hù)。

　　越靠近地球，高能粒子可以到達(dá)航天器的就越少。當(dāng)可能遇到危險(xiǎn)的太陽(yáng)質(zhì)子事件發(fā)生時(shí)，低軌航天器還可以變軌飛行，用降低軌道高度的方法有效地減小艙內(nèi)劑量水平。不過(guò)當(dāng)航天器運(yùn)行到高緯度區(qū)域，磁場(chǎng)的屏蔽作用減小時(shí)，就需要及時(shí)躲避了。

　　另外，選擇合適的發(fā)射時(shí)間和出艙時(shí)間也可以規(guī)避可能的危險(xiǎn)。太陽(yáng)質(zhì)子事件具有明顯的11年周期，在太陽(yáng)活動(dòng)低年發(fā)生概率減小。所以，可以通過(guò)選擇合適的時(shí)間降低遭遇太陽(yáng)質(zhì)子事件的可能性。