إن ظواهر الطقس الفضائي، التي هي نتيجة مباشرة للنشاط الشمسي، تشكل تحديا مستمرا ومستمرا أمام التشغيل الآمن والمستمر للمحطات الفضائية المطهرة، حيث توسع البشرية نطاق وجودها في المدار الأرضي المنخفض مع محطة الفضاء الدولية، وتعدّ خلفيات تجارية مثل محطة الفضاء المتغيرة ومحطة ستارلاب، وتتفهم وتخفف آثار الطوابق الشمسية، والنجاحات الجماعية الكونية، والبيئة الحالية باستمرار.

فهم بيئة الفضاء والتهديدات التي يتعرض لها

وللتخفيف الفعال من طقس الفضاء، يجب على المشغلين أن يفهموا أولا الظواهر المتميزة التي تشمله، وكل نوع من أنواع الأحداث الشمسية أو الكونية يتفاعل مع نظم المركبات الفضائية والأنسجة البيولوجية بطرق فريدة، مما يتطلب تدابير مضادة محددة، وتشمل العوامل الرئيسية لطقس الفضاء ذات الصلة بعمليات المحطات الفضائية المشعلات الشمسية، والمنظومات الإيكولوجية البحرية المصغرة، والظواهر الجسيمية الشمسية، والمرتدة الحرارية.

العلم الشمسي والترسيب المغناطيسي

إن الشعلات الشمسية هي انفجارات حادة من الإشعاع الكهرومغناطيسي من المناطق النشطة على سطح الشمس، وهي تسافر بسرعة الضوء، وتصل إلى مدار الأرض في غضون أكثر من ثماني دقائق فقط، وتصنف الأضواء من خلال إشراقها بالأشعة السينية (C, M, and X-class) وفي حين أن الإشعاع الكهرومغناطيسي نفسه له عمق محدود بالنسبة لمحطة التدفئة، فإن الأشعة المفاجئة التي تعمل على إحداث الاحتراق

حقن الكتلة الذهنية والعواصف الجيومغناطيسية

إن التعرض للأشعة السينية هو عمليات طرد واسعة النطاق من البلازما المغنطية من روان الشمس، وعندما توجه هذه المادة إلى الأرض، يمكن أن يستغرق وصولها يوماً أو ثلاثة أيام، ويتسبب تفاعل هذه البلازما الشمسية مع الغلاف المغنطيسي للأرض في عاصفة جيولوجية مغنطية، وبالنسبة للمراكز الفضائية في المدار الأرضي، فإن العواصف الجيولوجية المغنطية تشكل تهديداً متعدد الأوجه.

الجسيمات العنيفة الشمسية وصواريخ الجلاكت الكونية

أما الظواهر التي تصيبها هذه المواد، والتي ترتبط في كثير من الأحيان بموجات صدمات سابقة للنظم الإيكولوجية، فهي تشمل بروتونات عالية الطاقة وأيوناً مثقفة، وتشكل هذه الجسيمات تهديداً مباشراً لنظم صحة الطاقم والنظم الإلكترونية، ويمكن أن يؤدي حدث كبير في مجال الطاقة الشمسية إلى حدوث جرعات مميتة من الإشعاع إلى درجة كبيرة من الحرارة في الغلاف الجوي في غضون ساعات.

Predicting the Unpredictable: Monitoring and Forecasting Systems

وخط الدفاع الأول والأهم من ذلك هو الإنذار المتطور، ويعتمد مشغلو محطات الفضاء على شبكة عالمية من أجهزة الاستشعار الأرضية والفضاء لرصد الشمس والبيئة القريبة من الأرض، وتتيح البيانات والنماذج التنبؤية في الوقت الحقيقي نقل محطة المحطة من حالة تشغيلية موحدة إلى وضع دفاعي.

بنية شبكة رصد الطقس الفضائي

(أ) الأصول الرئيسية في أسطول رصد طقس الفضاء تشمل مرصد الشمس والغلاف الجوي، ومرصد الديناميك الشمسي، ومرصد المناخ العميق، وصور متواصلة عن الكونوتا، وقياس البارامترات الريحية الشمسية (سرعة، وكثافة، ومرصد المناخ المغناطيسي) في مجرى الأرض.

ترجمة البيانات إلى الاستخبارات العملية

وتحلل نماذج التنبؤ الصور الشمسية في الوقت الحقيقي للتنبؤ باحتمال حدوث شعلات ووقت وصول النظم الإيكولوجية البحرية المصغرة، والوقت الذي يستغرقه وصول هذه النظم لمدة ثلاثة أيام لا يقدر بثمن، وتمكن مخططي البعثات من تأجيل عمليات التجهيز الالكتروني للبيانات، وتأمين التجارب الحساسة، وضمان تشكيل جميع نظم المحطات من أجل أقصى قدر من القوة، وضبط الإنذار الآن - تقييم الظروف الراهنة - أمر لا يقل أهمية عن ذلك.

الهندسة الميسرة في نظم محطات الفضاء

وفي حين أن التنبؤ يوفر تحذيرا، فإن الإجهاد المادي يكفل البقاء على قيد الحياة، فالهندسة في طقس الفضاء تنطوي على مزيج من العلوم المادية، وتصميم الإلكترونيات الذكية، ومنطق برمجيات قوي، والهدف هو إنشاء محطة يمكنها أن تصمد أمام حدث بالغ دون فشل النظام الحرج أو الحاجة إلى التدخل الفوري من جانب الطاقم.

الابتكارات العلمية للمواد لأغراض الدرع الإشعاعي

إنّ الحماية السّريّة هي طبقة الأساس لحماية الطاقم، وجهاز الأمن المتكامل يستخدم نهجاً متكاملاً، وهُوّة بحد ذاتها توفر مستوى خط الأساس من التكثيف، والمواد ذات التردد العالي، مثل البوليثيلين، فعالة بشكل استثنائي في حجب أجهزة التكتل الحرارية، وأجهزة التحكم في الطاقة، وأجهزة التكفير عن التكاثر، وأجهزة التكفير عن الماء،

كهرباء وفيزياء

ويجب أن تكون الإلكترونيات في محطة فضائية مقاومة متعمدة للآثار الإشعاعية، ويتم ذلك من خلال عدة ممارسات هندسية، وتفضيل اختيار العناصر التي تُستخدم في الإشعاع (المشقوق) والتي تهدف إلى تحمل مستويات عالية من الجرعة المؤينة الإجمالية، وتكون محصنة على نظم مراقبة الحركة الجغرافية التي تُصمم بصورة تلقائية، وتشمل تقنيات التخفيف على مستوى اللوحة والنظام قمع نظام الفرز ثلاثي الصوتي المصمم آلياًاً.

نظم البرمجيات والاستجابة المستقلة

إن كان جهاز الاستشعار الإشعاعي يكتشف ارتفاعاً في الصدر، فإن نظام التوجيه والملاحة والمراقبة يمكن أن يُعدل بشكل مستقل موقف المحطة من عرض أصغر جزء أو توجيه الجانب الأكثر حماماً نحو التهديد، ويمكن أن تُصبح التجربة أسرع من سرعة سرعة حركة الاتصالات إلى دولة آمنة.

البحـث العمليـة: العيش والعمل في بيئة متغيرة

ولا يوجد قدر من الدرع أو التشغيل الآلي يحل محل قابلية البروتوكولات التشغيلية التي يقودها الإنسان للتكيف، فالنظافة اليومية لحياة المحطات الفضائية تتأثر مباشرة بالتنبؤات الجوية الفضائية، وإجراءات التشغيل الموحدة موثقة بدقة ومثقوبة بانتظام لضمان التنفيذ غير المستقر.

إدارة الأنشطة الخارجة عن المركبات

وتمثل هذه المركبات أعلى نشاط من حيث المخاطر بالنسبة للتعرض للإشعاعات لدى الطاقم، إذ توفر الدعاوى الفضائية حدا أدنى من التدفئة بالمقارنة مع هيكل المحطة، وبالتالي فإن هذه المركبات محظورة تماما خلال فترات النشاط الشمسي العالي، وتقتضي قواعد الطيران أن يكون معدل الجرعة المتوقعة لمحطة إي أمبير أقل من عتبة دقيقة، وإذا ما لوحظ وجود مشعل شمسي، أو إذا بدأ تدفق الجسيمات في الارتفاع، يؤجل أو يقطع طاقما فعليا.

الاتصالات

يمكن أن تسبب العواصف الأشعة السينية انقطاعاً فورياً قصير الأجل، ويمكن للعواصف الجيولوجية المغنطسية أن تعطل التتبع ووصلات نقل البيانات بواسطة السواتل لساعات أو أيام، وتحسب الإجراءات التنفيذية لهذه المخارج، وتُنشأ الأوامر الحرجة على حواسيب المحطة حتى تستمر العمليات بشكل مستقل، وتتنوع وصلات الاتصالات، وإذا تم رفع مستوى الاتصال بين شركة ناسا المحدودة للاتصالات السلكية واللاسلكية

إدارة خضراء السلطة والرقابة الحرارية

يمكن للعواصف الجيولوجية أن تحفز التيارات في أجهزة التحكم الطويلة مثل صفائح المحطة الشمسية و الكابلات هذه التواسير يمكن أن تكسر ثلاث مرات وتضر بأجهزة الطاقة الكهربائية الحساسة، وتشمل البروتوكولات القياسية خلال عاصفة كبيرة تشكيل نظام الطاقة للسحب من البطاريات أو مجموعة فرعية من الصفائف وعزل أجزاء من الحافلات الكهربائية لمنع حدوث عطل في المبردات، وتعتمد أنظمة التحكم الحرارية على نقاط السائل.

تدابير مكافحة الأوبئة والتأهب على الصعيد الكري - الجنائي

الطاقم هو أكثر الأصول قيمة وهشة في المحطة استراتيجيات التخفيف تعالج مباشرة صحة الإنسان وأدائه، وتكفل أن الفلكيين يمكنهم الاستمرار في العمل بفعالية خلال وبعد حدث طارئ في الفضاء.

Real-Time Dosimetry and Crew Autonomy

ويرتدي كل فرد من أفراد الطاقم مطيافاً شخصياً يوفر ما يُعرض عليه من الإشعاع، كما أن المحطة مجهزة بمراقبين من المناطق الإشعاعية في كل وحدة، وهذه البيانات توفر زيادة في عدد المناطق التي تُنقل فيها المحطة إلى مكان ساخن بسبب تغير بيئة الجسيمات، ويمكن توجيه الطاقم إلى موقع أكثر أماناً، ويتلقى الطاقم تدريباً على الفيزياء الإشعاعية، والآثار البيولوجية للتعرض، والإجراءات المحددة.

التدابير الطبية المضادة والتدخيل في حالات الطوارئ

وبالإضافة إلى التدريع، تشمل مجموعة المواد الطبية على متنها مركبات وقاية من الإشعاعات وعلاجات متلازمة الإشعاع الحادة، رغم أن الاستراتيجية الأولية لا تزال تتجنب استخدام الملاذ الآمن، وتغطي عمليات التدريب الطارئة المنتظمة سيناريوهات الطقس الفضائي، وتحفز هذه الحفر على حدوث حدث مفاجئ في مجال السلامة، وتطالب الطاقم بضمان المحطة، والتراجع إلى منطقة هايفن الآمنة، وإقامة اتصالات مع الزملاء الطبيين، كما يجري النظر في القدرة على الصمود النفسي؛ وتقلي من الأعراض الإشعاعية.

التعاون وتبادل البيانات عبر وكالات الفضاء

إن طقس الفضاء ظاهرة عالمية، وقد وضعت إدارته على محطة الفضاء الدولية معيار التعاون الدولي، ولا توجد لدى أي وكالة واحدة صورة كاملة، وتعتمد السلامة التشغيلية للمحطة على التدفق الحر للبيانات عبر الحدود الجغرافية السياسية.

وتنسق دائرة البيئة الفضائية الدولية جهود شبكة عالمية من مراكز طقس الفضاء، وتسمح البيانات المستمدة من السواتل التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية، وبيانات منظمة الفضاء الأوروبية (وكالة الفضاء الأوروبية) عن عمليات التطهير، وشركة الطاقة الفضائية (وكالة الفضاء الأوروبية) بأن تكون جميع البيانات التي يتم وضعها في إطار من نماذج الفيزياء الشمسية، وشركة اليابانية للتنبؤات بأكبر قدر ممكن من الدقة.

الإعداد للمدبر القادم

(أ) [الدائرة الشمسية 25] يجري حالياً، وتتميز بتسارع وتيرة النشاط إلى أكثر من المتوقع، وهذا يتطلب تجديد اليقظة من جميع مشغلي المحطات الفضائية، والدروس المستفادة من محطة الفضاء الدولية هي التي ترسم مباشرة تصميم محطات الفضاء التجارية وموائل الفضاء العميقة، ومع انتقال البعثات إلى أبعد من حماية حقل الأرض المغناطيسي إلى القمر والمريخ، يجب تعزيز الاستراتيجيات التي نوقشت هنا بدرجة أكبر.