空间环境对航天器的影响及其对策研究(续)

2 .2　高能带电粒子环境对航天器的影响2 .2 .1　我国各类航天器高能带电粒子环境实测结果我国于 1971年 3月 3日发射第一颗科学卫星———“实践一号”(ＳＪ 1) ,其后又相继发射ＳＪ 2～ＳＪ 5 ,进行了空间物理和环境探测 ;在“风云一号”(ＦＹ 1)、“风云二号”(ＦＹ 2 )气象卫星、“资源一号”(ＺＹ 1)、“资源二号”(ＺＹ 2 )等应用卫星上也安装了空间环境监测仪器 ,取得了大量高能带电粒子环境及其效应的实测资料 ,极大地提高了对高能带电粒子环境的感性认识 ,促进了有关高能带电粒子机理和防护对策的研究。主要探测结果如下 :　　ａ .…     

空间等离子体环境中的高能带电粒子加速机制

空间环境中充满能量从几十keV到几MeV的高能带电粒子,这些粒子可导致在轨航天器表面和内部带电甚至单粒子效应,从而引发航天器故障。高能粒子的产生和日地空间环境中的爆发现象如耀斑、磁层亚暴等密切相关。文章综述了与这些爆发现象相关的磁重联、激波和等离子体波动等加速带电粒子的物理过程。     

航天器对空间带电粒子方向探测的需求分析

空间高能粒子很强的各向异性分布,对三轴稳定卫星各个方向的影响带来巨大的差异。通过探测高能带电粒子的方向分布及能谱测量,为卫星设计制造、在轨管理和故障分析提供最有效、最直接的保障。本文还简单介绍了我国新一代空间环境探测仪器——空间粒子方向探测器。该仪器集成了高能电子、质子的多方向通量测量和精细能谱测量,首次实现了180。粒子方向测量。     

空间环境对航天器的影响及其对策研究

在扼要介绍近地空间环境的基础上，简述了高层大气、高能带电粒子，空间等离子体、空间碎片和微流星等空间环境对航天器轨道，姿态的影响，以及航天器辐射损伤，机械损伤，化学损伤，表面充放电，电子器件硬软错误，通信和测控的干扰等诸多空间环境效应，还简要介绍了我国空间环境探测的主要成果以及空间环境对航天器影响的对策研究的情况。     

空间次生环境研究及探测方法概述

文章基于空间次生环境及其效应定义,分别结合不同次生环境阐述了国内外在磁场作用下带电粒子对航天器的影响、航天器非金属材料出气的影响、航天器与空间等离子体相互作用影响、航天器发动机羽流效应和航天器舱内电子环境及效应等的研究状况,并有针对性地开展了典型的发动机羽流效应、放电监测系统和航天器自身磁场分布探测研究。     

深空条件下航天器内的辐射环境研究

深空存在具有各种能量分布的粒子,这些能量分布范围很宽的粒子构成了深空环境下航天器外部的空间辐射环境。深空条件下的高能粒子会穿透航天器舱壁材料,通过射线与物质材料的相互作用,在航天器内产生二次粒子,形成由初级粒子、次级粒子叠加的混合辐射场的辐射环境。文章分析研究了高能α粒子及Fe离子在屏蔽材料中的输运过程,得到了在这些介质中的射程与能量关系及产生的二次粒子产额,为控制航天器内的辐射环境提供支撑。     

地球同步轨道系列卫星自主空间辐射环境监测及应用

对地球同步轨道空间辐射环境监测及应用进行了研究。给出了持续开展的国外GOES系列卫星和国内FY-2系列卫星的地球同步轨道空间粒子辐射探测介绍,以及AE8和AP8、AE9和AP9、POLE、FLUMIC等用于地球同步轨道带电粒子辐射环境评估的经验模型发展。我国自主高能带电粒子辐射监测自20世纪90年代中后期开始,FY-2系列卫星上的带电粒子探测仪器经过了两代卫星的技术巩固和第三代卫星的创新发展,实现了更精细的能道划分并拓宽了对带电粒子辐射能谱的探测。介绍了用FY-2系列卫星获得的不同扰动状态下高能电子能谱特性,兆电子伏特级高能电子快速、缓慢增强事件,以及与GOES-13,15卫星联合应用分析高能电子不同地方时动态与太阳质子事件动态演化结果。用FY-2系列卫星获得的观测数据能准确、灵敏反映轨道空间高能带电粒子的动态变化;与GOES系列卫星的同期观测结果比较既反映出相对平静时的趋于一致性,又反映了强扰动下的显著短时局地差异,这为开展该轨道粒子辐射实测数据多星联合分析,发展磁层对扰动响应更全面、更复杂的图像,为带电粒子起源、重新分布、损失机制等深入研究提供了可能。在最新的第一代静止气象卫星FY-4卫星上,带电粒子探测仪器兼顾了能谱和方向的设计,既具备FY-2系列卫星平台高能电子、质子全能谱的探测,又增加了高能电子的多方向探测。目前除GOES系列卫星以外,仅有我国地球同步轨道系列卫星可提供持续的轨道空间粒子辐射环境长期实测记录,数据的长时间积累和信息丰富将促进地球同步轨道空间粒子辐射经验模型向更精细化的方向发展,并推动我国空间粒子辐射环境理论和自主建模研究,更好地服务于我国空间天气监测预警业务。     

空间电子产品辐照被动防护技术

空间环境中充满了大量的高能带电粒子,导致多种辐射效应,包括单粒子效应和总剂量效应等,严重影响航天器的可靠服役.针对空间辐射环境的特点及防护需求,对高能粒子的屏蔽防护方法进行探讨.介绍了空间辐射环境被动防护材料,包括金属材料、碳氢材料和多层材料,并对空间辐射环境被动防护技术发展进行展望.防辐射涂层由含有低原子序数(Z)元素的粘结剂和高Z元素及低Z元素填料组成,利用低Z材料和高Z材料的防护互补,可以实现良好的屏蔽效果.     

FY—1C卫星空间粒子成分监测器及其探测结果

简要介绍了FY－1C星空间粒子成分监测器的任务目标、工作原理、创新特色及在轨探测结果。空间粒子成分监测器用于卫星轨道空间的带电粒子辐射监测，为卫星的在轨安全和抗辐射加固设计服务。监测器在世界上实现用1套传感器完成对高能电子、质子、α粒子至铁离子的全成分监测，使我国首次获得了870km高太阳同步轨道全空间的各种重离子分布、质子能谱分布和电子通量分布，捕捉到大量的地磁暴和太阳质子事件，获得了批重要的探测成果。     

基于Space radiation 5.0软件平台 分析典型GEO空间辐射环境

文章介绍了兰州空间技术物理研究所真空低温技术与物理国家重点实验室从美国引进的空间辐射环境及效应分析软件Space Radiation 5.0的结构功能模块,采用该软件计算分析了典型的GEO（地球同步轨道）空间辐射环境。计算表明:GEO的总剂量效应比较严重,主要是由捕获电子和太阳耀斑质子辐射引起的;GEO的带电粒子主要由质子、α粒子、碳离子、氮离子、氧离子等重核离子组成,此轨道上的单粒子效应主要由太阳宇宙射线中的高能质子和重离子以及银河宇宙射线的重离子引发。     

载人航天器密封舱微生物防控技术体系框架研究概述

载人航天器密封舱内环境适宜航天员工作和生活,同时也给空间微生物提供了生长繁殖的有利条件。而空间微重力和电磁辐射等环境会加大空间微生物对材料的腐蚀能力。因此,必须对空间微生物防控技术进行体系化研究。文章从空间微生物菌种的采集和鉴定、空间环境下微生物对航天材料的腐蚀机理、载人航天材料抗菌涂层选择以及微生物控制技术等方面对微生物防控体系进行阐述,可以作为开展载人航天器空间微生物防控技术研究的参考。     

模拟载人探月中航天员空间辐射风险评估

空间辐射是长期载人航天飞行任务中影响航天员健康的重要风险因素。为了探求载人探月过程中对空间辐射的合理防护方式,文章借助空间辐射场模型对"嫦娥三号"飞行任务在不同质量厚度材料屏蔽下的舱内空间辐射环境进行了仿真计算,并确定了航天员各器官接受的空间辐射剂量、剂量当量以及有效剂量等辐射防护量以进行辐射风险评估。结果表明,随着屏蔽厚度的增加,航天员的各组织或器官的吸收剂量和剂量当量以及有效剂量均明显降低;采用质量屏蔽的方法对低于100 Me V的质子具有很好的防护效果,但对高能质子或重离子的防护效果不明显。计算和分析显示,载人探月过程中,只要采取适当的防护措施,航天员的空间辐射风险是可控的。     

载人航天器密封舱内生物剂量三维仿真技术

对载人航天器密封舱内航天员遭受的生物剂量进行研究分析,可为乘员辐射防护设计和工程实施提供依据。文章将基于一维深度-剂量计算、结合扇区射线法的三维辐射仿真技术运用于载人航天器总体设计中,以某中期驻留载人航天器为例,构建生物剂量仿真分析模型。计算实例分析表明,三维剂量仿真结果可有效指导乘员辐射防护优化设计,对后续长期载人飞行中的航天员辐射安全设计具有较强的实用性。     

低轨航天器运行环境质子通量预测模型对比研究

辐射带粒子环境是导致航天器故障和异常的重要因素。为此,需要对辐射带粒子环境及其通量分布进行研究。文章主要研究低地球轨道（LEO）环境辐射带质子分布情况。分析了目前用来计算质子通量的几种常用模型的优缺点;利用各模型计算了不同轨道的质子通量,对计算结果进行了比较;总结了进行不同高度、不同能量范围的质子通量计算时,选择不同模型的依据原则。     

火星载人探测中辐射防护综述

火星探测是人类太空探索的重要组成部分,火星载人探测中航天员的辐射安全问题是人们最为关心的问题。文章扼要介绍了美国/俄罗斯火星载人探测技术的发展过程,重点阐述了探测中的辐射环境、辐射效应以及国外探测结果;在此基础上,对火星探测中的辐射剂量进行了预示,提出了辐射防护建议。     

带电粒子在材料中的剂量深度分布计算

航天器在轨道运行期间,会受到各种带电粒子的作用,其能量沉积在表面材料中,对表面材料的性能有较大的损伤。文章介绍了剂量深度计算程序,利用SRIM及ITS软件的计算结果,计算出了带电粒子在材料中的剂量深度分布,并对空间轨道实际环境下材料中的剂量深度分布进行了计算。利用这一程序,在“东四”热控涂层试验中进行了剂量深度分布拟合,计算了多种能量电子拟合试验下荆量深度分布与空间实际环境的比较,得出了相关的试验参数。     

载人航天可靠性与空间环境试验

文章通过对国外载人航天事故统计,分析各种空间环境条件对航天器及航天员的影响,阐述了空间环境试验对提高载人航天可靠性的重要意义,提出为了提高载人航天的可靠性,应进行充分和严格的空间环境模拟试验。     

PEM水电解技术在航天上的应用现状与发展趋势

介绍了质子交换膜(PEM)水电解技术的特点及其在国内外航天领域的应用现状,在分析空间任务的发展趋势,以及能源、动力、环境控制与生命保障系统需求变化的基础上,认为在未来载人航天任务中,能源、动力、生保物质互用的解决方法是摆脱依赖地面支持、实现自主和可持续保障的最优途径,并指出了PEM水电解技术作为实现这一技术途径的关键环节所面临的挑战。     

中国航天发展历程与启示 ——2009年空间环境与材料科学论坛大会报告

文章指出我国在应用卫星与卫星应用、载人航天和深空探测三大航天领域取得了巨大成就,为中国的经济、社会发展做出了巨大贡献,也展示了中国的综合实力。经过几十年的发展,中国进入太空能力得到了很大的发展,但在太空利用能力和太空控制能力的建设上还有更大的发展空间。随着我国航天事业的发展,用户对航天器的高可靠、长寿命的要求迫切,作为航天器功能实现的技术基础,环境、材料等基础研究工作应该去适应这种发展需求,加快基础能力的建设与发展。     

航天器内环境模拟技术

在载人航天中,航天员的辐射危险性是必须受到重视的问题。航天器的内环境是一个复杂的复合场,受外部辐射场和屏蔽材料等多种因素的影响,单一的探测技术很难探测得到内部辐射场的性质特点,而且无法对辐射危害进行评估。文章从射线与物质相互作用的角度出发,对NASA所用航天器内环境的模拟技术进行了介绍,并介绍了根据我国国情已往开展的相关研究工作,包括在Geant4软件包的基础上,将射线与物质相互作用的处理方法进行扩展,开发新的软件,编制SRP(Space Radiation Protection)程序等。