美国试验清除太空辐射新方法

1962年7月9日，美国军方在离地面400公里的地方发射了一枚140万吨的核弹。当时，他们认为轨道卫星已经安全脱离爆炸范围。然而，在所谓的海星1号实验几个月后，卫星开始一个接一个地消失，包括世界上第一颗通信卫星Telstar。测试的一个意想不到的结果是，放射性碎片释放的高能电子被地球磁场捕获，烧毁了卫星的电子设备和太阳能电池板。

今天，科学家们正试图设计一种回应。三个空间实验(一个在轨道上，另外两个准备在2021年发射)旨在收集地球周围辐射带中地球磁场捕获的高能电子的数据。这个过程被称为辐射带修复(RBR)。

科学家们从美国国家航空航天局的范艾伦探测器上瞥见了一个潜在的解决方案，该探测器深入研究了自然修复过程，并展示了无线电波如何与高能电子共振，沿着磁力线将它们散射，并将它们扫出磁带区域。"与10年前相比，我们对这些波粒子如何相互作用有了更多的了解."洛斯阿拉莫斯国家实验室的空间物理学家杰夫·里维斯说。

现在，研究人员准备尝试人工修复，并将无线电波发送到辐射区。位于博尔德的科罗拉多大学大气和空间物理实验室主任、范艾伦号探测器首席研究员丹·贝克说，物理学家已经使用美国海军的甚低频天线塔对其进行了测试，这是一种与潜艇通信的强大设备。阿拉斯加高频活动极光研究计划的天线和波多黎各阿雷西博天文台的巨型天线也可以用来产生干净的无线电波。

在离目标更近的轨道上运行的RBR平台可能更有效。2019年6月，美国空军发射了史上最大的无人太空飞行器:DSX偶极天线。DSX的主要任务是将甚低频波传输到范艾伦的传送带上，并用机载探测器测量沉淀的粒子，其面积几乎相当于一个美式足球场。"这是探索空间物理基本问题的新途径."DSX首席研究员、空军研究实验室的詹姆斯·麦考洛说。

一组来自洛斯阿拉莫斯国家实验室和美国宇航局戈达德太空飞行中心的科学家正在领导第二次甚低频波降水实验。2021年4月，该团队计划发射一枚携带束等离子体相互作用实验的探空火箭。领导这项实验的里夫斯认为，紧凑型电子加速器最终可能成为比巨型甚低频加速器更好的“扫帚”。他说:“如果我们用这个实验来验证它，我们将更有信心把它放大到更高的功率。”

第三个实验将引导大气本身激起湍流，从而吸引电子。2021年夏天，美国海军研究实验室计划执行一项名为“测量火箭释放的湍流空间”的任务。一枚探空火箭将飞入电离层，喷射出1.5千克钡原子。当被阳光电离时，钡形成一个发射无线电波的移动等离子环:本质上是磁控管的太空版本。

这些任务将有助于解释哪个RBR系统最可行，尽管每个系统可能需要几年的运行时间。不管它是什么技术，它都可能带来风险。全面的空间清理可能会向高层大气释放大量能量，如偶尔太阳爆发引起的地磁风暴，扰乱飞机导航和通信。它还产生大量的氮氧化物和氢氧化物，这将侵蚀平流层臭氧层。“我们不知道影响会有多大。”爱荷华大学的空间物理学家艾利森·杰恩斯说。

杰尼斯指出，除了防止核爆炸之外，RBR技术还能带来民用利益。长期以来，美国宇航局和其他太空机构一直试图保护宇航员在往返太空的途中免受范艾伦辐射带和其他辐射源的伤害。甚低频发射器可用于在航天器进入危险区域之前移除高能电子。“当我们成为更活跃的太空旅行者时，”杰恩斯说，“它能提供一条穿过辐射带的安全通道。”