SWIFT太阳帆星座提升空间天气预警能力

太阳帆飞船有望显著提升空间天气预警能力。

密歇根大学的研究人员提出了一项具有突破性的建议，旨在通过部署一个利用太阳帆技术构建的航天器星座，来大幅度增强空间天气预警系统。这项研究于10月6日发表在《天体物理学杂志》上，揭示了太阳风中类似龙卷风的结构对地球技术基础设施构成着此前被低估的威胁。

空间天气中潜藏的威胁

该研究揭示了“磁通量绳”——这些螺旋状的磁场结构宽度从3000英里到600万英里不等，它们能够从更大的日冕物质抛射中脱离，并在太空中独立漂移。这些“太空龙卷风”的形成机制类似于除雪车将积雪抛向两旁：当快速移动的等离子体云团冲过较慢的太阳风时，便会形成这种旋转结构。

密歇根大学气候与空间科学工程研究教授奇普·曼彻斯特（Chip Manchester）指出，模拟结果表明，这些涡旋中的磁场强度足以引发一场地磁暴，并可能造成严重问题。

2024年5月发生的地磁暴，就清晰地展示了这些威胁的破坏力。在播种高峰期，美国中西部的GPS制导拖拉机普遍出现故障，导致受影响的农场平均损失高达1.7万美元，农业总损失甚至超过5亿美元。在情况最糟糕的时候，GPS接收器定位偏差可达230英尺，一些拖拉机甚至“原地打转，而非按规划路线行进”。

SWIFT星座解决方案

为解决这些检测盲区，研究人员提出了“空间天气探测前沿”（SWIFT）星座计划。该计划设想部署四艘航天器，以金字塔形三角阵列排列，探测器之间相距20万英里。这个创新系统将把三艘相同的航天器部署在L1拉格朗日点，而第四艘“中心航天器”则利用太阳帆推进技术，定位在L1点之外。

这项太阳帆技术借鉴了美国宇航局（NASA）“太阳巡洋舰”（Solar Cruiser）任务的经验，其核心是一个轻质铝制帆，面积约相当于一个足球场的三分之一，具体尺寸达到17,793平方英尺。这个巨大的太阳帆将利用太阳光作为推进力，使航天器能够在不消耗传统燃料的情况下保持预定位置。

研究合著者莫杰塔巴·阿卡万-塔夫蒂（Mojtaba Akhavan-Tafti）强调，如果太阳和地球之间的太空中正在形成潜在威胁，仅仅依靠观测太阳是远远不够的。这事关国家安全，需要主动探测那些可能影响地球的磁通量绳等结构，并预测它们抵达地球时会呈现何种影响。

增强的预警能力

目前的空间天气监测主要依赖于位于L1点的航天器，为太阳事件提供约40分钟的提前预警。而SWIFT星座凭借其先进的定位能力，能将预警时间延长多达40%，使得对即将到来的空间天气威胁的预警时间接近60分钟。

曼彻斯特将当前系统比作“用一个风速计远程监测飓风——尽管可以观察到测量值的变化，但却无法看清风暴的整体结构”。多点部署的SWIFT星座将提供太阳风和磁场在抵达地球途中的演变过程的全面三维视图。

这一时机至关重要，因为美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的“空间天气后续-拉格朗日1号”（SWFO-L1）卫星已于2025年9月24日成功发射，这是首颗专门为持续空间天气运行而设计的卫星。SWIFT星座将与这一基础设施以及欧洲航天局（ESA）计划中的“Vigil”任务相互补充，在当前太阳活动高峰期，共同构建一个针对太阳风暴的多层次防御体系。