“太阳极大期”的临近加上新一代紧凑但易受攻击的卫星电子设备的部署要求空间天气学专家集中精力防止太阳活动对通信、导航和其它重要网络造成破坏。
周期为11年的最大太阳耀斑活动将在2013或2014年达到峰值。其中最大的一次太阳耀斑将在明年3月冲击地球，但NASA观察家发表的报告认为，这次太阳耀斑对电网和通信的影响受限于它冲击地球时的角度。
随着太阳开始向地球抛射更大量的高能量质子、离子、紫外线和其它高能粒子，安装了紧凑、低功耗电子设备的最新代卫星将经历生死考验。专家们指出，最根本的问题是用于制造低功耗空间元件的电介质材料会遭到太阳抛射的高能粒子的渗透和破坏。
就拿用于控制GPS导航系统的空间系统来说，如果没有正确屏蔽，在太阳风暴极盛期系统性能就很可能劣化或无法提供服务。(太阳耀斑也会暂时增加低轨运行卫星的大气阻力，NASA官员认为具有去除空间垃圾的好处，但坏处是会缩短正在服役的卫星寿命)
关注下一次太阳极大期对卫星电子设备影响的空间天气学专家正在准备测量高度充电的空间环境的属性，同时测定下一波空间天气对最新代卫星的影响。
科罗拉多大学波尔得分校空间天气实验室主任Daniel Baker警告道，“姑且不论好坏，但我们的空间系统有向商用产品而不是防辐射产品发展的趋势。因此，电子行业的这种变化趋势使得我们在空间中面临更大的危害。”
一个紧迫的问题是空间电子设备容易受到“深度电介质充电”，此时地球磁气圈中的高能电子会冲破屏蔽并渗透进电介质材料。如果用于制造电子元件的电介质材料“会漏电”，那么就会产生电荷堆积和放电现象，进而造成卫星损坏或失效。
使用更好的屏蔽或Baker所谓的“强有力方法”通常并不能奏效。相反，他提倡太空船设计师尽早关注电介质材料的物理特性，这种方法允许他们“瞪圆了眼做出明智的选择”。设计师还需要考虑卫星电子设备中使用的电介质材料如何随时间发生变化。
图1：太阳动力学天文台捕获到了这幅太阳磁场图。日冕中的光环和活动区域与这些磁场结构有关。
图2：来自太阳动力学天文台的另外一张照片，上面出现了一个局部日蚀，地球覆盖了近一半的太阳。
图3：于2010年建成的NASA太阳动力学天文台正在研究太阳活动的根源以及太阳耀斑对空间天气的影响。
图4：从太阳喷出的等离子以及影响空间天气的高能粒子最早可能于明年达到11年的极盛期。
在地球表面，设计用于增加电网智能的智能电网也将受空间天气效应的攻击。正如最近发表的中西部和东部沿海区电力储运损耗报告指出的那样，电力破坏可能造成重大灾难。智能电网的破坏“对社会来说是真正的大灾难”，Baker警告道，特别是像我们这样四通八达的电网。
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Baker把“加固”智能电网称为空间天气时代的“模范榜样”。
事实上，我们对网络的依赖程度越高，我们就越容易受空间天气效应的影响。由Baker领导的空间天气小组发表的一份2008年美国国家研究委员会报告就警告道，“鉴于现代社会中重要基础设施的互连特性，恶劣的空间天气影响不仅只是破坏现有的技术系统，还可能对社会经济造成短期甚至长期的间接性破坏。”
因此，像美国国家海洋与大气管理局等机构在他们的预测模型中也考虑了空间天气效应。与时同时，像Baker等科学家试图在太阳极大期冲击地球之前尽可能多地了解空间天气的影响。为了达到这个目的，NASA在今年8月建立了一对空间探测器来研究空间天气。
此外，像太阳动力学天文台在2010年发射的太空船以及像NASA的Sabre(使用宽带辐射计的大气探测)传感器这样的在轨运行仪器通过检测和记录那些影响太阳天气的巨大耀斑已经至少了解到一部分太阳的神秘之处。
虽然更好的空间天气预测有很大的帮助，但Baker认为最好的工程方法是找到加固易受攻击的空间系统和地面网络的方法。“最好是能使自己免疫于”空间天气效应，他补充说，“我们正在朝这方面继续努力。”
有鉴于此，在今后18个月太阳活动越来越强烈的日子里，设法加固未来卫星电子设备以及现有电网和其它重要的基础设施将是准备工作的重中之重。
另外一种方法是在FPGA设计基础上开发具有自我修复能力的计算机，它能容忍更高强度的空间辐射、检测故障并在恶劣的空间天气中保持正常工作。这些“阻塞技术”也可用于保护地球上的电网及其它易受影响网络。这些加固元件的目的是要减少那些可能关闭导航卫星或破坏部分电网的单事件故障发生的机会。
虽然没有人能肯定，但空间天气预测人士对下一次太阳极大期的影响程度明确表示担心。因此他们的重点将更多地放在促进空间天气预测方面。NASA于8月30日发射的一对辐射带风暴探测器代表了在了解严酷空间天气并作好准备方面作出的又一个重大进步。
这两颗卫星首次表明NASA启动了专门用于研究地球范艾伦辐射带的任务。这种辐射带是被地球磁场保持在一定位置的带电粒子的分层环。
这些探测器将详细地测量范艾伦辐射带以及太阳耀斑如何使它们发生改变或影响地球大气层的上面部分。“这些探测器收集的信息将使公众受益，可以帮助我们更好地保护我们的卫星，并理解空间天气如何影响地球上的通信和技术。”NASA科学任务副行政官John Grunsfeld表示。
同样，当太阳极大期最早于明年到达地球时，最好手头时刻准备一把伞。
本文来自《电子工程专辑》2012年11月刊，版权所有，谢绝转载。
