客觀日本

警惕太陽耀斑危害!在太空保存人造人造衛星,在地面避免停電

2022年10月20日 海洋宇宙

做好因應太陽表面大爆炸——「太陽耀斑」準備的重要性正在強化。耀斑發出的大量高能粒子流和氣體降臨地球時,恐對全球定位系統(GPS)和地面輸電網產生極大影響。今後特別是對那些包括含民間企業在内的、發射量急劇增加的人造人造衛星,風險將更大。那麼,對來自太陽的巨大災害,做好了充分準備了嗎?

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太陽耀斑放大時,高能粒子和氣體將降臨地球(NASA提供)

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Axelspace公司營運的重量爲100kg左右的小型衛星

「人造衛星一旦升空,之後再能對應的事情就很少了。所以我們儘量留有餘地,即使出現太陽耀斑造成的危害也能繼續操作服務」。從事超小型衛星開發和相關服務的Axelspace公司(東京都中央區)的高級工程師國母隆一如是說。

日本總務省的研討會在6月份的時候公佈,預計太陽活動在2025年前後會較爲活躍,有可能帶來百年一遇級別的太陽耀斑災害。國母先生是該研討會的成員。

雖然太陽耀斑經常發生,但是大規模放大據統計是10年左右發生一次。太陽耀斑的大放大會導致高能粒子、氣體、強烈的X射線和紫外線降臨地球,會帶來各種影響。最近令人擔憂的基礎設施之一就是人造人造衛星。

2022年2月,埃隆·馬斯克領導的美國風投公司、太空探索技術(SpaceX)所發射的49顆通信衛星中,有40顆被認爲是受到了因太陽耀斑的影響而使得地磁紊亂導致其無法使用。日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)的環境觀測技術人造衛星「綠色2號」,也在2003年因太陽耀斑的影響造成太陽電池發生故障,而放棄了營運的經歷。

那麼,人造衛星營運商有哪些準備可以做呢?就Axelspace公司而言,其主要服務内容是用人造衛星拍攝地面,提供森林監測和作物成長情況等資料。

Axelspace公司本來就有5顆人造衛星在提供服務,啓用多臺人造衛星也是因應太陽耀斑的一種有效措施。當太陽耀斑發生時,如果有一顆人造衛星位於從地球上看去是與太陽相反的一側,那顆人造衛星就很難受損,並且5顆人造衛星同時發生故障的機率也很低。該公司的人造衛星使用光學觀測手段,平時就要因應惡劣天候等風險,已將影響控制在最低限。

不過,除了觀測人造衛星以外,GPS使用的發送電波的人造衛星和轉播無線通信的通信衛星等這類用於社會基礎設施的人造衛星數量在不斷增加。此類用途的人造衛星「如果預測到短時間會因太陽耀斑而發生營運障礙,(營運商)也許就有必要向社會發出警告」(國母先生)。

地面基礎設施的對策也不可或缺。總務省研討會上的受害預測中,有人指出電力系統可能出現大面積停電的情況。

「無論如何都要避免因太陽耀斑導致的變壓器損壞、無法輸電的情況」。東京電力控股旗下的輸配電公司——東京電力PowerGrid的負責人說必須準備好以防萬一。

關於太陽耀斑,日本資訊通訊研究機構(NICT)以24小時體制監測,並對外發送「宇宙天氣預報」。東京電力PowerGrid公司則是一旦知道了耀斑發生,就立刻應答變壓器的電流,如果發現異常,甚至會採取停運措施。開發太陽耀斑監督系統的契機是1989年在加拿大魁北克州發生的一次大規模停電。當時太陽耀斑導致了大約10個小時的停電。日本的輸電網中使用支援交流電的變壓器。而太陽耀斑擾亂地磁場所產生的是直流電。直流電如果流入變電站的變壓器就會引起變壓器過熱,最壞的情況就是導致停電。

東京電力PowerGrid公司在東電管轄範圍内的3個地點設置了量測裝置,每天24小時監測流經變壓器的直流。截至到現在,觀測到的電流最大值是2003年10月發生太陽耀斑時出現的120A左右的直流電。該公司表示,「未到需要關停變壓器的程度,即便是百年一遇的規模我們也可以因應」。

日文:北川舞、《日經產業新聞》、2022/9/28
中文:JST客觀日本編輯部