南大西洋异常区位置（南大西洋异常区很危险）

网友翻出了一个比较意思的问题，已经有挂上热榜的趋势！原因是这样的：推特大佬Seger YU@SegerYu给出了一张神十四返回的各个节点地图，结果大家发现在神十四返回制动的区域刚好位于南大西洋地磁异常区，这里有“太空百慕大”的“美誉”，曾有不少航天器在这里出过事故，那么危险的地方，为何神十四返回还要走这条路线，不能换一条吗？

图源：@SegerYu，红色区域为南大西洋磁异常区

太空百慕大：日本卫星曾在这里解体

南大西洋地磁异常区之所以那么有名是因为出过一次著名的事故，而且与过去的小事故相比，这次严重到卫星解体，连当事方JAXA（日本宇航研发机构）都是一脸的难以置信，其事故发生过程是这样的：

2016年2月17日，JAXA在种子岛航天中心将一颗X射线观测“瞳”卫星发射到了近地点为559.85 km，远地点为581.1千米，倾角31.01°的轨道上，这是宇宙与天体物理研究机构的卫星，进入轨道后不久就传来了大量科研数据，日本科学界对这颗卫星的观测取得科研成果给予相当大的希望。

然而在3月26日7点40分（UTC），JAXA与这颗卫星的联系突然中断，JSPOC（美国联合太空作战中心）观测到这颗卫星的5个碎片信号，但让人匪夷所思的是在事发前没有任何太空垃圾以及其他卫星经过的迹象，而且追踪这5个碎片的轨迹也发现是“瞳”卫星轨道上分裂出去的。

百思不得其解：终于确认罪魁祸首

JAXA的专家发现在失控以前“瞳”卫星曾经疯狂旋转，14米长的卫星在巨大离心力的情况下将太阳能电池以及其他一些结构件甩了出去，因此JAXA专家都怀疑姿控系统的高压气瓶泄漏或电池爆炸以及推进器以外启动，否则不可能会出现如此疯狂的事故。

JAXA的专家根据卫星传回地面的大量测控数据最终发现是一个惯性参考单元(IRU)给出了错误的信号，刚开始卫星仍然可以修正，但累积错误越来越多，姿态控制动量轮无法修正，继而启动了推进器，此时卫星的太阳位置传感器却因为姿态问题无法确定太阳位置，结果推进器启动后卫星进入了疯狂的旋转，最终导致解体。

JAXA专家继续调查，结果发现这个惯性参考单元IRU已经多次出错，而且已经是主模块失效后冗余模块在继续工作，并且还发现了一个惊人的事实，IRU出错时卫星刚好经过了南大西洋磁异常区上空，JAXA专家认为，可能是强大的质子流击穿了控制单元的CPU，而且冗余模块也在后续过程中损坏，尽管不是100%确定问题（只能找到卫星碎片才能确认），但这已经是最合理的解释了。

强大的质子流：到底从哪来的？

这个问题还得从日地之间的“复杂恩怨”说起，太阳是每天都在给予地球光和热，但在接受阳光沐浴的同时，地球也在接受太阳风的洗礼，这是太阳上的已经电离的质子（氢原子核）被太阳上的高温以及磁场加速后逃离被甩向太阳系的角角落落，地球也不例外。

这些高能带电粒子的能级很高，对近地轨道卫星中的集成电路影响很大，因为这些IC中的电路都以电平信号工作，突然输入一个高电平可能会让IC工作出错，或者处于保护状态，遭遇强大的粒子流可能让IC击穿烧毁。

正常情况下这些高能带电粒子中的大部分都会被地球磁场偏转导向地球后方，部分会进入两极，还有一部分会被“兜入”一个叫做范艾伦辐射带的位置，这是被地球磁场俘获的太阳风粒子在范艾伦带两转折点间来回运动形成的一个区域，分为内带和外带：

• 外带高度为：60000~100000千米
• 内带高度为：2000~5000千米

正常情况下也没啥事，毕竟高度在2000千米以上，对低轨卫星影响不大，但地球上有一个叫做南大西洋地磁异常区域，这里是全球磁场最弱的地区，这导致了这里附近的范艾伦辐射带可以低至距离地面200千米，而目前卫星最低运行高度也在300千米以上。

所以故事就发生了！南大西洋地磁异常区引发的故事绝不止瞳卫星一次，只是其他事故没有那么严重没有被大家关注罢了：

• 1、据STS-94航次（哥伦比亚航天飞机1997年7月1日）的观测，经过此处的带电粒子吸收剂量从112增加到174μGy/天，增加比例50%以上；
• 2、轨道倾角为51.6°的国际空间站增加了额外的屏蔽层来解决这个问题；
• 3、哈勃太空望远镜经过这里时停止观测；
• 4、宇航员在经过此处时经常报告视野中出现亮点；
• 5、2007年的全球星卫星故障被认为是穿越异常区的结果；
• 6、NASA的航天飞机任务报告，穿越该区域的笔记本电脑曾发生问题；

因此这南大西洋地磁异常区还真不是闹着玩的，这是实实在在的威胁！因此大家才有疑问，这里这么危险，为什么还要经过这里制动返回地球，难道就不能再找条线路返回地球吗，这不是条条大路通罗马么？

深色区域就是南大西洋磁异常区

神十四返回：不能换条路线吗?

大家一定有这个疑问，为什么不换呢？答案是我们着陆地位于神舟十四轨道倾角对应的比较高纬度地区，更换路线的可能性就很低了，另一个问题则是南大西洋磁异常区很大，就算稍稍调整下位置，我们的飞船还是会经过这片区域！

航天器的轨道和倾角

在航天发射中经常会听到一个参数：近地点高度XXX千米、远地点高度XXX千米、倾角XX.XX度，航天器进入预定轨道，发射圆满成功，这个就是航天器发射时入轨的几个参数，这代表了这个航天绕地运行的关键参数：

上图天宫空间站运行的基本参数，其中还有两行式轨道根数，这才是天宫运行的“详细参数”，因为可以根据这些信息可以还原出天宫在地球轨道上运行的准确参数，比如何时会经过某一点等。

示意图倾角稍大：不过各位也可以对着看看，哪根轨迹会路过

不过来讨论着陆路径与区域选择时却用不到那么多信息，只需轨道倾角即可，这是卫星轨道平面与地球赤道面的夹角，这个角度和卫星能抵达的最高纬度是基本一致的，我国神舟飞船的着陆区域有两个，一个是四子王旗着陆场，另一个是东风着陆场，目前以东风着陆场为主，因为这里背靠酒泉基地，常备搜救会更容易。

图源：星球科普局

东风着陆场纬度为41°左右，和天宫空间站的41.47度相差无几，也就是说这是神舟飞船能到达的纬度最北区域，如果在低纬度区域，那么有两次机会着陆，一次是星下点轨迹由西南到东北，另一次是星下点轨迹由西北到东南，但在最高纬度区域时则只有一次，从这条轨迹延伸的前端就是准备区域。

比如在海南岛低纬度的19°左右，机会就有两次了，但不符合载人飞船着陆区域要求，海南岛山林密布、人口密集，地形为热带雨林太过复杂，因此只能选择在内陆的内蒙古荒漠与半荒漠地区。

路线无法选择：操作位置离开南大西洋异常区不行吗？

这是一个科学问题，不是选择题，原因很简单，如果要在东风着陆场着陆，那么就可以反推了，比如飞船下降轨迹角度必须控制在1.5~1.7°，而且在下降前要抛掉轨道舱，还要调姿准备减速，再启动减速火箭减速，确认完毕后进入滑行，到145千米高度再抛弃推进舱等等一系列任务，并且还要给这些任务留出足够的验证时间。

出处刚好位于南大西洋磁异常区上空

你会发现，假如以1.5°的下降轨迹延伸到400千米高度时，着陆区距离星下点位置大约就是1.3万千米以外了，如果要预留一些验证的时间，那么距离就在1.6万千米以外了，而这片区域刚好就在南大西洋地磁异常区范围内。

因为南大西洋地磁异常去范围太大了，范围从南美洲南部到南大西洋海域，东边接近非洲海岸，而且近些年来还有不断扩大地球趋势，面积在1280万平方公里左右，比我国的国土面积都还要大，无论如何都避不开这个区域。

既然无法避开：航天器该怎么办？

首先来了解下带电粒子是如何影响电路的，一般有如下几种方式：

• 现代电子大量采用MOS管，MOS管的栅氧层易受电离辐射影响，当到达一定剂量时就引起器件失效，这种叫做“总辐射剂量TID”效应。
• 另一种则是当高能粒子打击晶格，会造成晶格内原子位置移动。该影响对卫星太阳能电池板影响最大，容易引起太阳能电池板效率下降，最终导致卫星供电不足，这种叫做“位移损伤DD”。
• 还有一种是高能粒子在击中逻辑电路时容易造成电路逻辑翻转，可能会进入死循环，这种是“单粒子事件SEE”

解决这些问题也不难，加固就可以了，增加足够强的屏蔽层，让带电粒子进不来，另一个方法是增加冗余度，比如在FPGA设计上，可以采用叫做Three Module Redundancy的技术，利用三套电路来“投票”决定，这就排除了偶发性的误动作，当然也还有其他方式来加固，就不一一介绍了。

第一个方法直接，但无法防止从暴露在外的天线上进入的信号，而且重量增加明显，第二个则相对比较完全的解决了问题，但前提是性能下降，不过好在是星载CPU这些性能要求并不是特别高，而是对可靠性提出了更高的要求，这就是大家看到的星载CPU性能低到可怜却仍然能完美的完成任务的原因。

我国的神舟十四号虽然没有公布这些加固设计的方式，但其也不外乎这些方式，而且由于我国着陆区的位置避无可避的必须要经过南大西洋磁异常区，只能在这方面想办法了。不过可以让各位放心的是我国从神舟一号到神舟十三号已经13次通过这里顺利返回，安全可靠没问题，十四号也将顺利返航。

延伸阅读：测控线路

沿着这条下降轨迹，我国的测控点一路建设布局的，另外还有天链中继卫星，整个测控站布置如下：

• 1、阿根廷内乌肯深空测控站；
• 2、纳米比亚深空测控站；
• 3、巴基斯塔卡拉奇测控站；

然后就进入新疆喀什测控站的范围内了，要是各位在返回直播过程中听到喀什测控站捕获目标，那么飞船已经基本进入我国境内了，此时刚好黑障阶段，红外光电跟踪会看到飞船在空中留下一条白亮的痕迹，如果在夜间，你会看到犹如一条火流星般的痕迹。

#所见所得，都很科学#

#群星10月榜#

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