典型卫星轨道的位移损伤剂量计算与分析

位移损伤剂量是评估电子元器件在轨发生位移损伤导致性能退化的重要参数。文章首先给出了位移损伤剂量的等效原理和计算方法,即用位移损伤等效注量来表征卫星轨道带电粒子导致的位移损伤剂量;之后分别采用3种不同的太阳质子注量模型,计算了典型大椭圆轨道的位移损伤等效注量,并结合计算结果对不同模型的特点和适用性进行了分析;其后针对4种典型卫星轨道,计算了不同飞行寿命期内的位移损伤等效注量,发现不同轨道的位移损伤剂量有较大差异,并结合空间带电粒子辐射环境分布特点及卫星轨道参数等分析了差异的产生原因;最后,分析不同的太阳质子注量预估方法对位移损伤剂量计算结果的影响,总结了不同轨道、不同飞行寿命情况下卫星经受的带电粒子辐射环境的严酷程度。研究结果可为卫星内部元器件位移损伤效应防护工作提供参考。     

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。     

木星辐射环境不确定性对总剂量风险的影响

以木星探测任务为背景，针对木星辐射带粒子能量高、通量大的强辐射特点，基于器件总剂量辐照试验数据、木星辐射带模型、太阳质子通量模型，将器件失效点剂量不确定性与辐射环境不确定性应用到总剂量设计中，可定量评估特定任务一定屏蔽下的器件失效概率、辐射设计余量(RDM)的置信度及影响因素，可实现木星任务中器件指标、屏蔽厚度和失效概率之间的权衡和优化。首先，根据商业器件TL084辐照试验数据，发现其失效概率分布符合威布尔分布。对于10个木星半径的赤道面轨道，辐射带质子通量比太阳质子大3个数量级，随着屏蔽厚度的增加和任务期的减小，TL084器件所受剂量和失效概率减小。当屏蔽厚度为 10 mm 铝时，器件平均寿命小于2星期。另外，定义并考察了器件的失效速率，失效速率随屏蔽厚度的减小和在轨时间的增加而增加。对于传统的RDM为2的设计方法，1 mm铝屏蔽下对应的置信度为89%。     

行星际空间质子引起介质深层充电的GEANT4模拟研究

高通量的空间质子是导致行星际航天器深层充电的主要原因,基于辐射诱导电导率模 型（RIC）和粒子输运模拟工具GEANT4对介质材料在质子辐照条件下的深层充电问题进行了 预估。利用GEANT4-RIC充电计算方法,首先计算出10MeV质子在Kapton和Teflon中的注量和 剂量沉积曲线,进而根据电流连续性方程、泊松方程和电荷俘获方程组成的辐射诱导电导率 模型（RIC）求解出介质内电荷和电场分布,与介质击穿电场阈值对比作为其是否发生放电 的依据。模拟结果证实了对10MeV质子,在质子注量为3×10 12 ／cm 2时Kapton会发 生放电,而Teflon则不会发生放电的一般性试验结论。验证了GEANT4-RIC方法用于行星际航 天器介质材料质子充放电评价的可行性,为此类问题的解决奠定了基础。
     

深部宇宙空间的辐射防护问题

空间辐射由电子和离子组成，包括了所有已知的化学元素的离子，它们具有一定的注量，其能量范围是0．1～10GeV／核子。来自银河的离子流在进入太阳区域时，受到太阳风的调制，调制幅度与太阳活动周期(10～11年)相对应。太阳粒子事件(SPE)是随机发生的，其质子流能量较低，通常在1 GeV／核子以下，而且总是与太阳     

AlGaN/GaN HEMT质子辐射效应研究进展

氮化镓（GaN）基异质结材料以其宽禁带、耐高温、高击穿电压以及优异的抗辐射性能成为航天领域半导体材料的研究和应用热点。而基于GaN材料的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）因其制备过程带来的缺陷和损伤,性能将受到空间辐射的严峻挑战。文章对空间辐射环境下AlGaN/GaN HEMT的辐射机理和效应进行梳理;针对低中地球轨道以质子为主的辐射环境,对不同能量和注量的质子辐照对AlGaN/GaN HEMT的效应进行系统分析。鉴于从压电极化角度分析AlGaN/GaN HEMT的质子辐射效应存在欠缺,且不同能量和注量的质子辐照对器件的影响不同,提出后续应开展AlGaN/GaN HEMT辐射损伤机制、不同轨道辐射环境模拟以及质子辐照对AlGaN/GaN HEMT宏观特性影响研究。     

国际空间站主动辐射监测系统

国际空间站(ISS)安装有一值得称赞的主动、被动辐射测量体系。该系统用来参与实时的飞行任务，提供乘员辐射剂量数据，及包括国际空间站内、外辐射场的详细信息。在主动辐射监测方面、目前NASA在国际空间站上有两套在站仪器，第3套计划在2002年4月随SO-Truss部件发射到ISS上。     

地球辐射带槽区粒子环境动态变化对中轨卫星辐射效应的影响

中轨卫星运行于地球辐射带槽区,而槽区粒子辐射环境可能存在显著涨落,增加卫星抗辐射设计输入的不确定性。文章利用典型地球辐射带模型,对中轨卫星累积性辐射效应的主要来源进行深入分析,再结合槽区粒子辐射环境动态变化特征,初步量化分析其对中轨卫星遭遇辐射效应的影响。结果表明:槽区粒子辐射环境的动态变化对星表材料及太阳电池辐射损伤的附加影响较小;槽区质子填充事件对8000 km以上高度轨道的电离总剂量有明显影响（但此类事件遭遇概率很低）;槽区电子填充事件使10 000 km以上高度轨道的电离总剂量明显增大,这点必须在相应的卫星抗辐射设计要求中予以考虑。     

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。     

行星际粒子统计特征及其在深空探测用 器件失效概率预估中的应用

文章针对深空探测任务高能粒子辐射及所致器件失效定量评估问题,利用IMP-8在1973年—2001年的电子探测数据,统计了太阳电子事件通量的特征,证明事件通量符合对数正态分布。假设事件发生概率符合泊松分布,构建了行星际电子通量模型,再结合太阳质子通量模型、探测器轨道、行星际粒子在日球层的传播规律,得到不同置信度下空间粒子通量及其剂量。进一步结合器件累计失效剂量的试验数据,可定量评估器件失效概率。以一种典型的商用数据采集功能模块器件TL084和火星环绕探测任务为例,7个月转移轨道和3年火星轨道的任务期内,1 mm铝屏蔽下TL084的失效概率仅为1.01%。     

S781有机白漆温控涂层质子加速效应试验研究

S781有机白漆温控涂层是卫星表面的主要温控涂层之一,质子辐照试验不仅可以评估卫星表面的温控涂层在轨长期运行的退化特性,而且可以为卫星的研制寻找更耐辐射的涂层。这次质子辐照试验,为卫星综合环境可靠性技术研究中的“质子加速效应试验研究”确定辐射剂量、能量积累了经验;为抗辐射加固中“有机温控涂层总剂量辐射效应试验研究”做了技术上的前期准备工作;并对从国外引进质子加速器、确切地提出其技术指标有着积极的作用。     

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。     

铝膜反射镜60 keV质子辐照效应

文章研究了在真空和热沉环境下,铝膜反射镜经质子辐照后的光学反射率变化。试验结果表明:60 keV质子辐照后,铝膜反射镜反射率发生了明显的变化。随辐照注量的增加,反射率呈单调减少趋势。当辐照注量达到1×1016 cm-2时,反射率略有下降,且这种变化首先发生在紫外区。随着辐照剂量进一步增加,反射率明显下降,特别是在波长为250~800 nm范围内。经表面形貌分析和机理分析,铝膜反射镜反射率的降低可归结为经质子辐照后铝镜面表面产生了波纹和小丘形貌。     

SSO及GEO典型太阳质子事件单粒子翻转率估算

文章根据NOAA卫星和GOES卫星的测量数据,对太阳质子事件期间地球同步轨道（GEO）和太阳同步轨道（SSO）的质子辐射情况进行考察。采用Bendel双参数模型对GEO和SSO由质子引起的器件单粒子翻转率进行估算,并分析了影响翻转率的因素。在器件敏感度一定的情况下,单粒子翻转率与大于能量阈值的质子总通量以及质子能谱硬度呈正相关。SSO与GEO的质子辐射及单粒子翻转预测对比研究结果表明:由太阳质子事件引起的SSO质子能谱比GEO的要“软”。太阳质子事件对SSO卫星的影响与对GEO卫星的影响之间存在相关性。两轨道上DRAM型的D424100V器件和SRAM型的HM6516器件的翻转率比值接近,SSO翻转率约为GEO的13%～22%,而双极型93L422器件翻转率比值则在26%～57%之间。通过对比SSO与GEO翻转率的比值和两轨道辐射程度的比值发现,不同的器件对能谱硬度的反应各异,原因是每种器件产生SEU的能量阈值不同。     

质子辐照对石英玻璃光学性能的影响

文章研究了不同注量与辐照能量的质子对JGS3石英玻璃辐照前后光学性能的影响,并对其规律进行了初步探讨。实验中采用UV-3101PC分光光度计对辐照前后石英玻璃的光学性质进行测量。研究结果表明:质子辐照使该玻璃产生着色现象,在200～800 nm波长范围内产生了明显的光吸收;辐照注量和辐照能量均对石英玻璃光吸收有影响,其中辐照注量的影响更加明显。     

地球内辐射带核心区环境特征分析及质子屏蔽的蒙特卡罗模拟

辐射带粒子是近地空间卫星总剂量辐射的主要来源。文章分析了内辐射带不同高度轨道的辐射环境特性;并利用Geant4程序,针对内辐射带质子环境进行不同材料的屏蔽效能计算。结果表明:虽然传统的低?高?低原子序数材料三明治屏蔽结构对电子具有较高的屏蔽效能,却并不适用于以质子环境为主的轨道;对于工作在3000 km圆轨道、5年寿命的卫星,若要将总剂量降至30 krad(Si)以下,使用PE屏蔽材料可比Al屏蔽减重28%。     

均苯型聚酰亚胺薄膜在质子辐照下的力学性能退化试验研究

聚酰亚胺薄膜广泛应用于航天器热控结构和太阳帆等充气展开结构中,由于暴露在航天器表面,受到各种空间环境效应的影响,其力学性能会发生退化。文章对不同通量、注量和温度条件下质子辐照对均苯型聚酰亚胺薄膜力学性能的影响进行了模拟试验研究。研究发现,当质子通量较低时,质子通量的增加对薄膜力学性能的影响微弱;当质子通量持续增加,薄膜的抗拉强度和断裂伸长率呈近似线性下降;当质子注量增加到一定程度后,薄膜的抗拉强度和断裂伸长率下降速率变缓;薄膜在低温辐照下比在高温辐照下更容易发生脆性断裂。     

乘员绩效的工效支持

随着载人飞行任务中乘员的任务不断增加，难度也不断增加，提高乘员的工作效率和可靠性至关重要。由于乘员完成工作的效率和可靠性依赖于“乘员-航天器-地面控制”系统的内部交互，为此本文主要研究了乘员、舱载设备、地面控制设备之间的功能分配问题，航天器内工作站、显示和控制的工效学要求，以及载人航天器工效学设计的主要方法。     

辐射传输模型及其对长期航天的人体器官剂量和毒理学效应的预估

目前，人们开发了许多模型用来预估辐射剂量，例如由BELGIAN航空航天研究所开发的空间环境信息系统模型(SPENVIS)。该模型在用来描述辐射环境对微电子器件的影响和研究轨道碎片方面已被证明是非常好的工具。目前，研究人员正在评估该模型确定人体辐射剂量和剂量当量的适用性，他们发现该模型对不同屏蔽条件下深部剂量的计算值与利用HZETRN和PDOSE模型(这两个模型是大家共知的广泛用于确定人类探险飞行环境的)计算的结果相同。由于SPENVIS模型在计算LET粒子通量关系时对次级粒子只做了粗略的估计，所以它的这种估计和其他的模型有些不一致。由于在空间几乎所有的重要器官都会受到辐射引发的辐射病以及癌症对生命构成威胁，SPENVIS模型被用于计算造血器官的深部剂量。     

“海鹰-M”航天服的辐射防护性能

为了评价航天服的辐射防护性能,对国际空间站轨道上进行舱外活动的一系列人体重要器官的衰减剂量进行计算。所得结果可以用来对在近地轨道穿着“海鹰-M”航天服工作的航天员进行较准确的辐射风险评估。“海鹰-M”航天服辐射穿透数据研究的计算方法可以用于确定即将进行舱外活动航天员的重要器官辐射剂量.