神舟十一號載人飛船已經(jīng)成功發(fā)射了，共載有兩名航天員，并計劃于今日與天宮二號空間實驗室進行交會對接。成功對接后，兩名航天員將正式“入宮”，進行空間實驗。

　　作為分不清高端載荷設備、也看不懂前沿科學實驗的吃瓜群眾，最吸引眼球的無疑是宇航員在空間實驗室里長達30多天的中期駐留了。這一個多月的時間里，宇航員要直面隨時會變臉的太陽，萬一太陽一言不合就發(fā)怒了，他們腫么辦？

　　可怕的高能粒子

　　對航天員而言，面對瞬息萬變的太陽，最大的威脅要數(shù)太陽質子事件了。

　　什么是太陽質子事件呢？當太陽風暴發(fā)生時會釋放出大量高能量的帶電粒子，它們最快十幾分鐘就可以到達地球，使地球周圍的高能帶電粒子數(shù)量增加數(shù)千倍，甚至上萬倍。由于在這些粒子中，質子占了總粒子數(shù)的90%以上，因此被稱為太陽質子事件。

太陽質子事件

　　太陽質子事件的發(fā)生與太陽黑子關系密切。在太陽活動高年（黑子數(shù)較多的年份），太陽質子事件較頻繁；在太陽活動低谷年份，則可能一次也沒有；而在太陽活動峰年附近，太陽質子事件可達每年10多次。

　　與太陽黑子一樣，太陽質子事件的發(fā)生頻率也存在11年的變化周期，不過，就每次事件而言，其發(fā)生的時間、持續(xù)時間以及事件的強度則都是隨機的。這給預報工作造成了非常大的難度，而且，太陽爆發(fā)后，留給宇航員們的避難時間可能只有短短的十幾分鐘，所以，設置規(guī)避措施就變的尤為重要。

　　當高能粒子到達航天器，其產(chǎn)生的高能粒子流與地面放射性物質發(fā)出的射線一樣，具有致命的放射性。它們能夠穿透航天服和太空艙，引起航天員身體器官的物理損傷。

輻射形成自由基對DNA的破壞（左）高能粒子造成DNA的斷裂（右）

　　高能粒子主要通過兩種機制危害人體的細胞組織，一是直接造成生物活性大分子斷裂、脫落，導致直接損傷；二是與身體中大量的水分子發(fā)生作用，產(chǎn)生自由基，這些自由基進一步與生物分子發(fā)生化學反應，造成間接損傷。不過，最終的人體輻射效應危害非常復雜，其嚴重程度主要與所受到的輻射劑量大小有關。

　　在載人航天任務中，航天員接受的輻射劑量是需要受到嚴格的控制的。在低劑量輻照的情況下，高能粒子可能誘導人體細胞產(chǎn)生變異，變異細胞可以發(fā)生遺傳變化或導致癌變等嚴重后果；而高劑量的高能粒子輻射會引起皮膚、骨髓等器官的急性損傷（比如引起白內(nèi)障），嚴重時甚至會危及生命。而太陽質子事件正是航天員在空間環(huán)境中面臨的最危險因素。

　　為了保障在軌航天員免受高能粒子輻射的嚴重影響，載人航天任務實施過程中采取了大量的輻射防護措施，包括對太陽質子事件進行監(jiān)測預警，制定各種情況下飛行計劃與操作預案，在航天器中建造專門的輻射避難裝置等等，以使航天員受到的輻射盡可能地降低到安全程度。

　　國際空間站如何應對？

　　載人飛行對輻射危害防護的案例之一就是美國2003年的“萬圣節(jié)事件”。

　　2003年10月至11月份，太陽上爆發(fā)了一系列強烈的爆發(fā)活動，其猛烈程度極為罕見。

2003年10月的特大太陽質子事件發(fā)生時高能質子打在SOHO衛(wèi)星的CCD上產(chǎn)生的白色斑點和線條

　　10月29日太陽質子事件的峰值流量達到29500 pfu（Partical Flux Unit，表示探測器每秒、每球面度、每平方厘米上探測到的粒子數(shù)），是GOES衛(wèi)星（美國國家海洋和大氣管理局發(fā)射的靜止軌道環(huán)境業(yè)務衛(wèi)星）自1976年觀測以來的第4大極值；同在這一天，地磁暴Ap指數(shù)（全球的全日地磁擾動強度指數(shù)）達到204，是1932年記錄以來的第9大極值。

　　從10月18日開始，到11月5日共19天的時間里，日面上共爆發(fā)了11個X級的大耀斑，包括令“世人矚目”的超強耀斑——11月4日的X28級巨耀斑，它是GOES衛(wèi)星自1976年以來觀測到的最大耀斑。

　　因這段時間正值萬圣節(jié)前后，因此這次太陽爆發(fā)被命名為“萬圣節(jié)太陽風暴”。

　　在萬圣節(jié)太陽風暴中：

2003年10月29日，SOHO衛(wèi)星觀測到X10級耀斑

　　76顆通訊衛(wèi)星中有46顆報告了異常，其中日本先進地球觀測衛(wèi)星-2（ADEOS-2）完全失效；美國加州中部上空出現(xiàn)了罕見的極光；全球范圍內(nèi)的通訊受到干擾，海事緊急呼叫系統(tǒng)癱瘓，珠峰探險隊通訊中斷；全球定位系統(tǒng)精度降低；瑞典5萬人的電力供應中斷。

2003年10月29日，“萬圣節(jié)事件”引發(fā)的極光。攝于Houston， Texas（緯度相當于我國重慶）

　　峰值流量達到29500pfu的太陽質子事件為國際空間站帶來了不小的麻煩，也對宇航員的安全構成了極大的威脅。

　　為防止輻射，在此次質子事件發(fā)生期間，美國國際空間站被迫關閉了價值十億美元的機械臂和飛船工作站?？臻g站內(nèi)的工作人員臨時終止一切任務。

　　當空間站位于高輻射區(qū)域（高磁緯度）內(nèi)時，工作人員被安頓在空間站尾部的防護艙中躲避?？臻g站前后6次經(jīng)過高輻射區(qū)域，工作人員總計在防護艙中躲避了20分鐘。

Zvezda Service Module

　　該防護艙是由俄羅斯設計建造的Zvezda模塊，它的特殊設計使其對高水平輻射具有最大的屏蔽作用。

　　面對太陽爆發(fā)，宇航員可以腫么辦？

　　宇航員們的第一道屏障，無疑就是他們存身的航天器了，它為航天員時時提供必要的輻射防護。

　　在載人航天器中，又有哪些常用的方法來“武裝”航天器呢？

　　當遭遇到特大太陽質子事件時，僅依靠航天器本身的整體防護是遠遠不夠的。為降低潛在的特大太陽質子事件構成的輻射危險，實施航天員的個體防護是普遍的做法。

　　如在航天器艙內(nèi)建造一個小的輻射應急屏蔽室。屏蔽室的質量厚度可以大一些，當發(fā)生特大的太陽質子事件時，航天員可以躲進屏蔽室內(nèi)以降低接受的輻射劑量。例如前文提到的Zvezda防護艙，就是由超強聚乙烯材料做成的“磚塊”武裝著。

Zvezda內(nèi)壁由聚乙烯“磚塊”防護，白色部分防護較弱，藍色部分防護較強

　　另一種方法是在艙壁內(nèi)裝備上“水墻”。將裝滿水的水袋填充在艙壁內(nèi)的六邊形框架中，保護艙內(nèi)工作人員免受輻射的威脅。

由功能性水袋填充的艙壁

　　但是，無處不在的宇宙背景輻射和突然爆發(fā)的太陽活動仍會對宇航員的生命安全構成威脅。

　　對我國載人航天器設計來說，背景輻射的防護已不算新鮮，之前多次的短期太空飛行已經(jīng)奠定了足夠的基礎。而考慮到這次航天員要在天宮二號進行中期駐留，除了為航天員配備筆記本電腦、平板電腦、跑步機之外，如何保護他們免于受到太陽突發(fā)事件的傷害就顯得尤為重要，相信設計師們也一定為他們做好了萬全的準備。

　　天宮二號作為低地球軌道航天器（約400km高度），其運行高度在地球磁層的范圍內(nèi)，所以仍會受這道天然屏障的保護。

　　越靠近地球，高能粒子可以到達航天器的就越少。當可能遇到危險的太陽質子事件發(fā)生時，低軌航天器還可以變軌飛行，用降低軌道高度的方法有效地減小艙內(nèi)劑量水平。不過當航天器運行到高緯度區(qū)域，磁場的屏蔽作用減小時，就需要及時躲避了。

　　另外，選擇合適的發(fā)射時間和出艙時間也可以規(guī)避可能的危險。太陽質子事件具有明顯的11年周期，在太陽活動低年發(fā)生概率減小。所以，可以通過選擇合適的時間降低遭遇太陽質子事件的可能性。