網(wǎng)友翻出了一個比較意思的問題，已經(jīng)有掛上熱榜的趨勢！原因是這樣的：推特大佬Seger YU@SegerYu給出了一張神十四返回的各個節(jié)點地圖，結(jié)果大家發(fā)現(xiàn)在神十四返回制動的區(qū)域剛好位于南大西洋地磁異常區(qū)，這里有“太空百慕大”的“美譽”，曾有不少航天器在這里出過事故，那么危險的地方，為何神十四返回還要走這條路線，不能換一條嗎？

圖源：@SegerYu，紅色區(qū)域為南大西洋磁異常區(qū)

太空百慕大：日本衛(wèi)星曾在這里解體

南大西洋地磁異常區(qū)之所以那么有名是因為出過一次著名的事故，而且與過去的小事故相比，這次嚴(yán)重到衛(wèi)星解體，連當(dāng)事方JAXA（日本宇航研發(fā)機構(gòu)）都是一臉的難以置信，其事故發(fā)生過程是這樣的：

2016年2月17日，JAXA在種子島航天中心將一顆X射線觀測“瞳”衛(wèi)星發(fā)射到了近地點為559.85 km，遠地點為581.1千米，傾角31.01°的軌道上，這是宇宙與天體物理研究機構(gòu)的衛(wèi)星，進入軌道后不久就傳來了大量科研數(shù)據(jù)，日本科學(xué)界對這顆衛(wèi)星的觀測取得科研成果給予相當(dāng)大的希望。

然而在3月26日7點40分（UTC），JAXA與這顆衛(wèi)星的聯(lián)系突然中斷，JSPOC（美國聯(lián)合太空作戰(zhàn)中心）觀測到這顆衛(wèi)星的5個碎片信號，但讓人匪夷所思的是在事發(fā)前沒有任何太空垃圾以及其他衛(wèi)星經(jīng)過的跡象，而且追蹤這5個碎片的軌跡也發(fā)現(xiàn)是“瞳”衛(wèi)星軌道上分裂出去的。

百思不得其解：終于確認罪魁禍?zhǔn)?/p>

JAXA的專家發(fā)現(xiàn)在失控以前“瞳”衛(wèi)星曾經(jīng)瘋狂旋轉(zhuǎn)，14米長的衛(wèi)星在巨大離心力的情況下將太陽能電池以及其他一些結(jié)構(gòu)件甩了出去，因此JAXA專家都懷疑姿控系統(tǒng)的高壓氣瓶泄漏或電池爆炸以及推進器以外啟動，否則不可能會出現(xiàn)如此瘋狂的事故。

JAXA的專家根據(jù)衛(wèi)星傳回地面的大量測控數(shù)據(jù)最終發(fā)現(xiàn)是一個慣性參考單元(IRU)給出了錯誤的信號，剛開始衛(wèi)星仍然可以修正，但累積錯誤越來越多，姿態(tài)控制動量輪無法修正，繼而啟動了推進器，此時衛(wèi)星的太陽位置傳感器卻因為姿態(tài)問題無法確定太陽位置，結(jié)果推進器啟動后衛(wèi)星進入了瘋狂的旋轉(zhuǎn)，最終導(dǎo)致解體。

JAXA專家繼續(xù)調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這個慣性參考單元IRU已經(jīng)多次出錯，而且已經(jīng)是主模塊失效后冗余模塊在繼續(xù)工作，并且還發(fā)現(xiàn)了一個驚人的事實，IRU出錯時衛(wèi)星剛好經(jīng)過了南大西洋磁異常區(qū)上空，JAXA專家認為，可能是強大的質(zhì)子流擊穿了控制單元的CPU，而且冗余模塊也在后續(xù)過程中損壞，盡管不是100%確定問題（只能找到衛(wèi)星碎片才能確認），但這已經(jīng)是最合理的解釋了。

強大的質(zhì)子流：到底從哪來的？

這個問題還得從日地之間的“復(fù)雜恩怨”說起，太陽是每天都在給予地球光和熱，但在接受陽光沐浴的同時，地球也在接受太陽風(fēng)的洗禮，這是太陽上的已經(jīng)電離的質(zhì)子（氫原子核）被太陽上的高溫以及磁場加速后逃離被甩向太陽系的角角落落，地球也不例外。

這些高能帶電粒子的能級很高，對近地軌道衛(wèi)星中的集成電路影響很大，因為這些IC中的電路都以電平信號工作，突然輸入一個高電平可能會讓IC工作出錯，或者處于保護狀態(tài)，遭遇強大的粒子流可能讓IC擊穿燒毀。

正常情況下這些高能帶電粒子中的大部分都會被地球磁場偏轉(zhuǎn)導(dǎo)向地球后方，部分會進入兩極，還有一部分會被“兜入”一個叫做范艾倫輻射帶的位置，這是被地球磁場俘獲的太陽風(fēng)粒子在范艾倫帶兩轉(zhuǎn)折點間來回運動形成的一個區(qū)域，分為內(nèi)帶和外帶：

• 外帶高度為：60000~100000千米

• 內(nèi)帶高度為：2000~5000千米

正常情況下也沒啥事，畢竟高度在2000千米以上，對低軌衛(wèi)星影響不大，但地球上有一個叫做南大西洋地磁異常區(qū)域，這里是全球磁場最弱的地區(qū)，這導(dǎo)致了這里附近的范艾倫輻射帶可以低至距離地面200千米，而目前衛(wèi)星最低運行高度也在300千米以上。

所以故事就發(fā)生了！南大西洋地磁異常區(qū)引發(fā)的故事絕不止瞳衛(wèi)星一次，只是其他事故沒有那么嚴(yán)重沒有被大家關(guān)注罷了：

• 1、據(jù)STS-94航次（哥倫比亞航天飛機1997年7月1日）的觀測，經(jīng)過此處的帶電粒子吸收劑量從112增加到174μGy/天，增加比例50%以上；

• 2、軌道傾角為51.6°的國際空間站增加了額外的屏蔽層來解決這個問題；

• 3、哈勃太空望遠鏡經(jīng)過這里時停止觀測；

• 4、宇航員在經(jīng)過此處時經(jīng)常報告視野中出現(xiàn)亮點；

• 5、2007年的全球星衛(wèi)星故障被認為是穿越異常區(qū)的結(jié)果；

• 6、NASA的航天飛機任務(wù)報告，穿越該區(qū)域的筆記本電腦曾發(fā)生問題；

因此這南大西洋地磁異常區(qū)還真不是鬧著玩的，這是實實在在的威脅！因此大家才有疑問，這里這么危險，為什么還要經(jīng)過這里制動返回地球，難道就不能再找條線路返回地球嗎，這不是條條大路通羅馬么？

深色區(qū)域就是南大西洋磁異常區(qū)

神十四返回：不能換條路線嗎?

大家一定有這個疑問，為什么不換呢？答案是我們著陸地位于神舟十四軌道傾角對應(yīng)的比較高緯度地區(qū)，更換路線的可能性就很低了，另一個問題則是南大西洋磁異常區(qū)很大，就算稍稍調(diào)整下位置，我們的飛船還是會經(jīng)過這片區(qū)域！

航天器的軌道和傾角

在航天發(fā)射中經(jīng)常會聽到一個參數(shù)：近地點高度XXX千米、遠地點高度XXX千米、傾角XX.XX度，航天器進入預(yù)定軌道，發(fā)射圓滿成功，這個就是航天器發(fā)射時入軌的幾個參數(shù)，這代表了這個航天繞地運行的關(guān)鍵參數(shù)：

上圖天宮空間站運行的基本參數(shù)，其中還有兩行式軌道根數(shù)，這才是天宮運行的“詳細參數(shù)”，因為可以根據(jù)這些信息可以還原出天宮在地球軌道上運行的準(zhǔn)確參數(shù)，比如何時會經(jīng)過某一點等。

示意圖傾角稍大：不過各位也可以對著看看，哪根軌跡會路過

不過來討論著陸路徑與區(qū)域選擇時卻用不到那么多信息，只需軌道傾角即可，這是衛(wèi)星軌道平面與地球赤道面的夾角，這個角度和衛(wèi)星能抵達的最高緯度是基本一致的，我國神舟飛船的著陸區(qū)域有兩個，一個是四子王旗著陸場，另一個是東風(fēng)著陸場，目前以東風(fēng)著陸場為主，因為這里背靠酒泉基地，常備搜救會更容易。

圖源：星球科普局

東風(fēng)著陸場緯度為41°左右，和天宮空間站的41.47度相差無幾，也就是說這是神舟飛船能到達的緯度最北區(qū)域，如果在低緯度區(qū)域，那么有兩次機會著陸，一次是星下點軌跡由西南到東北，另一次是星下點軌跡由西北到東南，但在最高緯度區(qū)域時則只有一次，從這條軌跡延伸的前端就是準(zhǔn)備區(qū)域。

比如在海南島低緯度的19°左右，機會就有兩次了，但不符合載人飛船著陸區(qū)域要求，海南島山林密布、人口密集，地形為熱帶雨林太過復(fù)雜，因此只能選擇在內(nèi)陸的內(nèi)蒙古荒漠與半荒漠地區(qū)。

路線無法選擇：操作位置離開南大西洋異常區(qū)不行嗎？

這是一個科學(xué)問題，不是選擇題，原因很簡單，如果要在東風(fēng)著陸場著陸，那么就可以反推了，比如飛船下降軌跡角度必須控制在1.5~1.7°，而且在下降前要拋掉軌道艙，還要調(diào)姿準(zhǔn)備減速，再啟動減速火箭減速，確認完畢后進入滑行，到145千米高度再拋棄推進艙等等一系列任務(wù)，并且還要給這些任務(wù)留出足夠的驗證時間。

出處剛好位于南大西洋磁異常區(qū)上空

你會發(fā)現(xiàn)，假如以1.5°的下降軌跡延伸到400千米高度時，著陸區(qū)距離星下點位置大約就是1.3萬千米以外了，如果要預(yù)留一些驗證的時間，那么距離就在1.6萬千米以外了，而這片區(qū)域剛好就在南大西洋地磁異常區(qū)范圍內(nèi)。

因為南大西洋地磁異常去范圍太大了，范圍從南美洲南部到南大西洋海域，東邊接近非洲海岸，而且近些年來還有不斷擴大地球趨勢，面積在1280萬平方公里左右，比我國的國土面積都還要大，無論如何都避不開這個區(qū)域。

既然無法避開：航天器該怎么辦？

首先來了解下帶電粒子是如何影響電路的，一般有如下幾種方式：

• 現(xiàn)代電子大量采用MOS管，MOS管的柵氧層易受電離輻射影響，當(dāng)?shù)竭_一定劑量時就引起器件失效，這種叫做“總輻射劑量TID”效應(yīng)。

• 另一種則是當(dāng)高能粒子打擊晶格，會造成晶格內(nèi)原子位置移動。該影響對衛(wèi)星太陽能電池板影響最大，容易引起太陽能電池板效率下降，最終導(dǎo)致衛(wèi)星供電不足，這種叫做“位移損傷DD”。

• 還有一種是高能粒子在擊中邏輯電路時容易造成電路邏輯翻轉(zhuǎn)，可能會進入死循環(huán)，這種是“單粒子事件SEE”

解決這些問題也不難，加固就可以了，增加足夠強的屏蔽層，讓帶電粒子進不來，另一個方法是增加冗余度，比如在FPGA設(shè)計上，可以采用叫做Three Module Redundancy的技術(shù)，利用三套電路來“投票”決定，這就排除了偶發(fā)性的誤動作，當(dāng)然也還有其他方式來加固，就不一一介紹了。

第一個方法直接，但無法防止從暴露在外的天線上進入的信號，而且重量增加明顯，第二個則相對比較完全的解決了問題，但前提是性能下降，不過好在是星載CPU這些性能要求并不是特別高，而是對可靠性提出了更高的要求，這就是大家看到的星載CPU性能低到可憐卻仍然能完美的完成任務(wù)的原因。

我國的神舟十四號雖然沒有公布這些加固設(shè)計的方式，但其也不外乎這些方式，而且由于我國著陸區(qū)的位置避無可避的必須要經(jīng)過南大西洋磁異常區(qū)，只能在這方面想辦法了。不過可以讓各位放心的是我國從神舟一號到神舟十三號已經(jīng)13次通過這里順利返回，安全可靠沒問題，十四號也將順利返航。

延伸閱讀：測控線路

沿著這條下降軌跡，我國的測控點一路建設(shè)布局的，另外還有天鏈中繼衛(wèi)星，整個測控站布置如下：

• 1、阿根廷內(nèi)烏肯深空測控站；

• 2、納米比亞深空測控站；

• 3、巴基斯塔卡拉奇測控站；

然后就進入新疆喀什測控站的范圍內(nèi)了，要是各位在返回直播過程中聽到喀什測控站捕獲目標(biāo)，那么飛船已經(jīng)基本進入我國境內(nèi)了，此時剛好黑障階段，紅外光電跟蹤會看到飛船在空中留下一條白亮的痕跡，如果在夜間，你會看到猶如一條火流星般的痕跡。