太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)衛(wèi)星通信的影響<1>

太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)衛(wèi)星通信的影響<1>（余英）
【提  要】衛(wèi)星通信是現(xiàn)代通信的重要技術(shù)手段之一，越來(lái)越多的研究表明，衛(wèi)星
通信與太陽(yáng)活動(dòng)密切相關(guān)。本文簡(jiǎn)單介紹了太陽(yáng)活動(dòng)的規(guī)律，詳細(xì)分析了太陽(yáng)活動(dòng)
對(duì)通信衛(wèi)星，尤其是同步衛(wèi)星、衛(wèi)星信號(hào)傳播及衛(wèi)星地面站可能會(huì)產(chǎn)生的各種影響
，并在文末進(jìn)行了小結(jié)。
【關(guān)鍵詞】太陽(yáng)活動(dòng)  太空天氣  太陽(yáng)活動(dòng)峰年  電離層磁暴  衛(wèi)星通信
    由于衛(wèi)星通信具有傳輸距離遠(yuǎn)，覆蓋面廣，對(duì)地理環(huán)境要求不高，建設(shè)快，總
體投資省等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)，發(fā)展迅猛，應(yīng)用廣泛。但由于衛(wèi)星通信是一個(gè)開(kāi)放的通
信系統(tǒng)，因此，通信鏈路易受外部條件影響。影響衛(wèi)星通信質(zhì)量的因素很多，如通
信信號(hào)間的干擾，大氣層微粒的散射、吸收，電離層閃爍，日凌，太陽(yáng)噪聲，宇宙
噪聲，流星石襲擊等，其中由大氣層雨、雪衰引起的衛(wèi)星通信信號(hào)信噪比下降現(xiàn)象
已為大多數(shù)從業(yè)人員熟悉，本文不再贅述。由于2000年是太陽(yáng)活動(dòng)峰年，而太陽(yáng)活
動(dòng)又與衛(wèi)星通信密切相關(guān)，因此，本文將就此展開(kāi)討論，并重點(diǎn)分析太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)同
步衛(wèi)星通信的影響。
1 太陽(yáng)活動(dòng)與太空天氣
    研究太空環(huán)境的學(xué)者一般將太陽(yáng)與地球之間環(huán)境條件的變化稱(chēng)為太空天氣，太
空天氣對(duì)于現(xiàn)代技術(shù)尤其是通信技術(shù)影響頗深。太陽(yáng)表面經(jīng)常發(fā)射出連續(xù)帶電粒子
流，即形成所謂的太陽(yáng)風(fēng)。不同速度、不同密度的太陽(yáng)風(fēng)對(duì)太陽(yáng)與地球之間環(huán)境條
件的影響不同，即形成了不同的太空天氣。太陽(yáng)風(fēng)中的高能量帶電粒子流到達(dá)地球
附近時(shí)可以改變地球磁場(chǎng)，使靠近太陽(yáng)一側(cè)的地球磁場(chǎng)被壓縮，背離太陽(yáng)一側(cè)的地
球磁場(chǎng)被拉伸，不同速度和密度的太陽(yáng)風(fēng)造成地球磁場(chǎng)的失真程度不同。此外，太
陽(yáng)風(fēng)同樣會(huì)干擾地球附近的電離層，對(duì)由電離層反射的短波信號(hào)或穿越電離層的衛(wèi)
星信號(hào)造成干擾；會(huì)伴隨大量射線(xiàn)；會(huì)使大氣層外層升溫，從而縮短低軌衛(wèi)星的壽
命。
    太陽(yáng)風(fēng)的規(guī)模與太陽(yáng)活動(dòng)有關(guān)，在劇烈太陽(yáng)活動(dòng)中太陽(yáng)風(fēng)的速度和密度可以比
平時(shí)高幾個(gè)量級(jí)。太陽(yáng)活動(dòng)一般11年為一個(gè)周期，以太陽(yáng)黑子數(shù)量的變化情況作為
標(biāo)志。目前我們正處在太陽(yáng)活動(dòng)的第23個(gè)周期，這個(gè)周期的太陽(yáng)活動(dòng)較為劇烈，很
可能成為近幾個(gè)周期中對(duì)我們影響最大的一個(gè)周期。從去年下半年開(kāi)始至2001年是
太陽(yáng)活動(dòng)的第23個(gè)周期的峰年，這期間經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些劇烈的太陽(yáng)活動(dòng)現(xiàn)象，明顯
影響太空天氣。
    太空天氣對(duì)衛(wèi)星通信的影響包括：對(duì)衛(wèi)星的影響、對(duì)信號(hào)傳播環(huán)境的影響和對(duì)
地面站的影響，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）由太陽(yáng)放射的高能量粒子可能造
成高軌道衛(wèi)星（如同步衛(wèi)星）存儲(chǔ)器發(fā)生混亂、絕緣材料充電及因絕緣材料被擊穿
突發(fā)放電造成的元器件損壞；（2）太陽(yáng)活動(dòng)的加強(qiáng)會(huì)加速低軌道衛(wèi)星的軌道衰落
、降低衛(wèi)星壽命；（3）太陽(yáng)噪聲直接影響衛(wèi)星下行鏈路的信噪比；（4）信號(hào)穿過(guò)
電離層或?qū)α鲗訒r(shí)，會(huì)因被吸收、電離層閃爍、法拉第極化旋轉(zhuǎn)等降級(jí)，即使接收
站的輸入信噪比下降。
  2 太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)通信衛(wèi)星的影響
    低軌道（主要用于科研和軍事）衛(wèi)星在運(yùn)動(dòng)中不可避免會(huì)同周?chē)�的空氣分子�?br />互作用，在空氣阻力作用下，衛(wèi)星運(yùn)行軌道不斷下降，呈現(xiàn)出衰落趨勢(shì)，直到最后
快速下降被大氣層燃燒或返回地面。在劇烈太陽(yáng)活動(dòng)中，太陽(yáng)輻射射線(xiàn)大增，致使
大氣層溫度升高，大氣層外層空氣密度增大，對(duì)低軌衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)阻力增大，這加速
了低軌衛(wèi)星的軌道衰落，從而將大大縮減低軌衛(wèi)星的壽命。
    中高度軌道衛(wèi)星（如GPS）主要考慮的是位于其運(yùn)動(dòng)軌跡上的馮．艾倫輻射帶
內(nèi)的低能量粒子輻射。這是因?yàn)橹懈叨溶壍郎系男l(wèi)星往往利用這種輻射強(qiáng)化其元件
，尤其是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)單元。在太陽(yáng)活動(dòng)高峰期，這個(gè)特殊的輻射帶的特性也會(huì)發(fā)生
改變，影響相應(yīng)的衛(wèi)星通信。
    同步衛(wèi)星（主要用于通信領(lǐng)域）屬高軌道衛(wèi)星，距離太陽(yáng)最近，受太陽(yáng)輻射的
直接影響最大。太陽(yáng)輻射包括：電磁輻射和粒子輻射，情形復(fù)雜，其離子化輻射包
括：低量級(jí)紫外線(xiàn)、X射線(xiàn)及太陽(yáng)風(fēng)，通常情況下對(duì)同步衛(wèi)星不會(huì)造成影響，但在
太陽(yáng)風(fēng)暴爆發(fā)期，紫外線(xiàn)及X射線(xiàn)流會(huì)突然增大幾個(gè)量級(jí)，輻射能量也會(huì)增強(qiáng)，同
時(shí)還會(huì)伴隨著大量電子和質(zhì)子，少數(shù)情況下有些粒子會(huì)積累很高能量。這些高能量
的太陽(yáng)能粒子往往就成為衛(wèi)星太空倉(cāng)的殺手。
    來(lái)自太陽(yáng)的帶電粒子會(huì)在衛(wèi)星表面積累起來(lái)，在一些曲面上，或幾個(gè)特殊的絕
緣面之間充電，產(chǎn)生所謂的太空倉(cāng)充電現(xiàn)象。當(dāng)充電電壓足夠大時(shí)，衛(wèi)星上的某些
絕緣材料會(huì)被擊穿，產(chǎn)生絕緣層放電，使某些PCB電路、電子器件被損壞。此外，
如果在衛(wèi)星倉(cāng)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)單元附近出現(xiàn)高電量的粒子，就有可能改變存儲(chǔ)單元的狀
態(tài)，如由0變?yōu)?，這可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)控制程序或數(shù)據(jù)出錯(cuò)，觸發(fā)衛(wèi)星倉(cāng)控制電路，
產(chǎn)生偽指令。一般情形下，這些偽指令不會(huì)有什么大的影響，但偶爾也會(huì)觸發(fā)使太
空倉(cāng)飄離地球等重大事故，幾年前，加拿大的Anik衛(wèi)星正是這樣丟失的。
    此外，地球磁層可以控制太空粒子的運(yùn)動(dòng)，因此，對(duì)處于其中的衛(wèi)星通常有一
定程度的屏蔽和保護(hù)作用。但對(duì)同步衛(wèi)星，當(dāng)太陽(yáng)風(fēng)及太陽(yáng)系內(nèi)的磁場(chǎng)條件足以將
地球磁層靠近太陽(yáng)一側(cè)的邊緣壓縮到同步衛(wèi)星軌道時(shí)（在太陽(yáng)大爆發(fā)造成地球電離
層磁暴時(shí)很可能發(fā)生），同步衛(wèi)星一旦處于地球和太陽(yáng)之間，就會(huì)完全暴露在太陽(yáng)
粒子輻射的巨大作用力之下。對(duì)于一些較早的靠地球磁場(chǎng)維持正確軌道的衛(wèi)星來(lái)說(shuō)
，除了要遭受來(lái)自太陽(yáng)的高能粒子流的危害之外，同時(shí)還會(huì)因此失去它們的軌道參
考，這無(wú)疑是危險(xiǎn)的。在太陽(yáng)活動(dòng)峰年，隨著輻射加劇，這種潛在的危險(xiǎn)會(huì)隨之增
大。