目前，太阳活动达到20年来最高水平，不仅比预测时间提前达到峰值，而且还比预测强度高出约50%。
人类对太阳活动的大部分担忧，基本都是航天器失效事件，比如太阳耀斑会损坏航天器等。太阳活动会导致运行在近地轨道上卫星受到的影响比以往任何时候都多，所以，太阳活动现象让低轨卫星运营商面临着极大的挑战，比如，在2022年2月太阳辐射大爆发引发的地磁风暴导致SpaceX公司新发射的49颗卫星中至少40颗卫星失效。
那么，什么是太阳活动？它的本质是什么？为什么会给航天器带来如此之大的危害？应该采取怎样的措施来预防和规避呢？下面就来介绍一下。
一、太阳活动现象是怎么回事
太阳活动是指太阳大气层里一切活动现象的总称，太阳活动期间出现的主要现象包括太阳黑子、光斑、谱斑、耀斑、日珥和日冕瞬变事件等。
太阳活动是由太阳大气中的电离过程时烈时弱引起的，它以11年、22年为周期。处于活动剧烈期的太阳（也称为“扰动太阳”)会辐射出大量紫外线、x射线、粒子流和强电波等等，因而太阳活动往往引发地球极光、磁暴和电离层扰动等现象。
太阳黑子是指太阳光球中的暗黑斑点，它的磁场比周围强，温度比周围低，也是太阳活动的主要现象。而太阳耀斑则是最剧烈的一种太阳活动之一，也称为“色球爆发”，表现为在几分钟至几小时内从太阳内部向外抛射出一团日冕物质，其抛射物质的速度一般从每秒几十公里到超过每秒1000公里。
日珥是太阳的周围镶着的一个红色环圈，并且上面跳动着鲜红的火舌（这种火舌也称为“日珥”，一般在日食期间才能观测到）。日冕物质抛射是日冕大尺度磁场平衡遭到破坏的结果，它不仅能破坏太阳风的流动，而且还会影响到地球，甚至引发生悲剧。
此外，太阳活动产生的高能粒子流，又称太阳高能粒子。太阳宇宙线的主要成分是质子和电子，也包括少量其他核成分。近年来的观测已证实，有的耀斑也辐射中子。
二、太阳活动对航天器的危害
众所周知，当太阳变得活跃时，航天器一定或多或少会受到影响。在太阳活动期间，耀斑、日珥和日冕物质抛射等现象会频繁发生，同时太阳释放的高能粒子和极端短波辐射（如X射线和紫外线）的数量也将增加。这些现象会扰乱地球磁场，进而影响卫星通信，乃至给航天器带来更加灾难性的危害。
那么为什么太阳活动会对航天器造成影响呢？首先科学家发现：在早期的航天活动中，地球的辐射带存在大量的高能带电粒子，这些粒子会对航天器造成的辐照损伤，使电子器件性能衰退。
后来，因为通信卫星时不时发生故障，科学家们又发现太阳活动会造成太空的离子体浓度增大，导致航天器充电到数千伏甚至上万伏的高压，随后又产生的放电电流，使航天器部件或元器件瞬间损坏，或者放电时发出电磁脉冲，干扰航天器有效载荷的正常工作。
进入上个世纪80年后，航天工程开始广泛应用体积小、集成度高和能耗低的微电子器件制造航天器。于是，“单粒子事件”成为航天器的重要隐患。所以，太阳宇宙射线、银河宇宙线和地球辐射带中的高能带电粒子，特别是重离子等对航天器运行的影响成为的研究重点。
目前，科学家们又发现：相对论电子通量增强事件，也是造成地球同步轨道卫星故障的主要因素之一。相对论电子也被称为“杀手电子”，所以，相对论电子杀伤卫星已成为航天工程所关注的又一热点问题。
三、如何规避太阳活动对航天器危害
为了保证航天器在太空尽可能不被太阳活动摧毁，需要针对航天器设计、试验和制造和发射等不同阶段，实施规范设计和试验、选择适当的发射窗口和开展一些元器件辐照试验等等。
1.航天器设计阶段
想必大家都清楚，解决问题的最好方法就是在“根”上下功夫，那么想要减少乃至解决太阳活动对航天器影响，最好就是在航天器的设计阶段就采取措施。首先，就是要明确目标航天器的适用空间环境条件并制定相应规范。当然，规范要求不能太低，否则就不能保证其寿命及在轨稳定可靠运行。但也不能太高，最好适当留有余地，否则航天器成本太高。除此之外，在设计阶段，还需要为研制阶段做好准备工作，比如制订地面模拟试验的技术条件、研制器件的规范，以及原材料的选用目录等等。但即使已经做了万全的准备，还是需要制定一些应急预案来以防万一，如制定灾难性太阳活动的对策措施和卫星异常情况应急方案等。
2.航天器研制阶段
在研制阶段，需要按规范要求进行空间环境模拟试验，并且对航天器的原件和原材料进行抗辐照能力的试验。此外，为保险起见，还需要反复检查元器件、原材料的空间环境适应性及相关措施。还记得在设计阶段制定的紧急预案吗？在研制阶段，同样需要对这些预案进行验证试验。
3.航天器发射以及在轨运行阶段
在发射以及在轨运行阶段，同样可以采取一些对策来应对太阳活动对航天器造成的影响。例如选择安全的发射窗口。发射窗口是指运载火箭发射比较合适的一个时间范围（即允许运载火箭发射的时间范围）。窗口宽度有宽有窄，宽的以小时计，甚至以天计算，窄的只有几十秒钟，甚至为零。发射窗口不仅要满足任务要求，还需充分考虑有关空间的气象条件，包括高层大气密度预报、电离层状态预报和流星体出现概率预报等。此外，还需要对空间环境进行实时监测，因为空间环境往往是瞬息万变，只有对其进行实时监测，地面飞控人员才能根据监测结果采取相应措施，减少或避免空间环境事件的影响，同时为航天器异常情况分析提供依据。最后就是建立空间环境警报，空间环境警报是面对太阳活动最为有效的对策措施。
4.航天器充放电对策研究
为了防止和减少航天器充电引起的故障，目前国内外主要采用两种方法。第一种就是数值模拟。通过计算机数值模拟航天器的充放电来预测空间环境对航天器的影响，以便制定有关航天器充、放电的设计准则，并作为制定试验、监测方案及控制充电方法的重要依据。例如美国宇航局自20世纪70年代组织研制大型充电软件以来，至今已形成了地球同步卫星大型充、放电NASCAP软件，地球极轨卫星大型充电POLAR软件，以及低轨卫星充电NASCAP/LEO软件。这三种大型软件是目前广泛使用的通用性最好的充、放电计算机模拟软件。它们配合使用能够满足整个近地空间航天器设计的要求，大大降低空间等离子体对航天器的影响，并极大延长其使用寿命。第二种则是在等离子体模拟试验室里进行模拟试验。因为航天器充电会受到空间环境、航天器形状、结构及表面使用的材料和有无日照等多种因素影响，所以通过模拟试验可以获得部分有关的实验数据，为航天器设计提供重要数据，也为理论和数值模拟提供必要的参考依据。
5.元器件的辐照试验
研究空间环境对航天器影响的对策需要试验，其中不可缺少的就是元器件、原材料及航天仪器的辐照试验，这主要涉及三个实验：总剂量辐照试验、单粒子翻转试验和加速器辐照试验。
总剂量辐照试验可以确定元器件、原材料的计量指标，从而提供航天器抗辐照设计依据。利用60Coγ源和电子辐照源进行辐照试验，一般来讲，前者适用于电子元件，而太阳电池片等则采用电子辐照源。60Coγ源辐照的剂量一般为几rad(Si)/s到几十rad(Si)/s,电子源辐照一般为1MeV电子。必要时可以对整机实施总剂量辐照试验。
单粒子翻转试验一般采用锎源辐照开帽后的芯片器件，试验要在真空条件下进行，同时芯片器件需加电工作、在线测量，通过检测设备来测量其翻转率，并记录锁定次数。芯片器件之所以需要开帽试验，是因为锎源放射的重离子碎片穿透能力弱、射程短。此外，单粒子翻转试验也可以在重离子加速器上进行，试验方法同锎源，加速器粒子能量决定其是否要在真空下进行试验，以及芯片器件是否需要开帽。
加速器辐照试验是航天仪器整机处于模拟空间粒子辐照环境下的实验，在加速器上进行辐照试验。航天仪器加电工作，通过检测设备测试整机抗空间粒子辐照能力，包括抗总剂量、单粒子和相对论电子事件。一般来讲，如果元器件已通过充分的总剂量试验和单粒子翻转试验，这项试验是可以选做的。
作者：闻新 赵子涵 胥森