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。     

太阳同步轨道空间粒子辐射剂量探测与研究

利用“实践六号”A星3台辐射剂量仪2004年9月至2007年1月的在轨探测数据,对太阳活动低年,该卫星所处太阳同步轨道不同方向、不同屏蔽厚度下的辐射剂量水平及辐射剂量增长变化特性进行了分析和讨论。结果表明：空间环境扰动会导致日辐射剂量率较之空间环境宁静期有1个数量级的增长,这种增长一般滞后于空间环境扰动事件1～2天,持续时间为十几天至数十天;太阳活动低年,平均日辐射剂量率小于5rad天,与地球辐射带模型计算结果大致相当。这些结果对卫星的在轨安全保障和抗辐射加固设计都具有重要意义。     

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%。     

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。     

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。     

木星系粒子辐射环境效应及防护关键技术

木星系辐射环境包括高能电子和质子、重离子、等离子体、极光粒子等。另外,Galileo卫星的辐射环境也是木星探测任务的关注重点。文章基于木星特殊的高辐射、低光照、超低温环境特点,分析了包括总电离剂量、内带电、单粒子、位移损伤等辐射效应,识别出了木星辐射环境效应中的研究重点,并针对总剂量效应讨论了木星系探测器屏蔽材料的选择和屏蔽结构的设计。     

转移轨道航天器深层充放电效应仿真分析

为研究转移轨道卫星介质深层动态充电规律特征,针对卫星动态辐射环境的特点,基于FLUMIC思想,建立辐射带动态电子环境模式。针对动态辐射环境下星上介质深层充电的特征,使用辐射诱导电导率(RIC)模型和Geant4建立了适用于转移轨道卫星动态环境下的介质深层充电应用模型。首次对地球同步转移轨道(GTO)和嫦娥一号卫星调相轨道运行过程中介质深层充电情况进行了仿真分析。结果表明:转移轨道卫星在运行时会多次穿越辐射带区域,电子通量存在明显波动,这种波动性反映在材料的充电电位变化中。材料峰值充电电位分别为-2 846V和-4 110V,介质内部平衡电场均超过106 V/m,存在内放电风险,需要在工程设计中进行针对性防护。     

空间高能质子对航天器材料损伤的仿真分析

近地空间是各种载人飞船、应用卫星、空间站的主要活动区域,区域内存在大量由地磁场捕获的高能带电粒子,严重影响航天器和航天员的安全。为此,需要对内辐射带低高度空间的高能带电粒子环境及其通量分布进行研究。如何对质子进行有效屏蔽对空间辐射防护有重要的研究意义。文章针对粒子在空间环境中的辐射,简要介绍了质子在空间环境中的分布情况及在物质中的传输问题。利用SRIM软件模拟质子在不同材料(铝、聚乙烯)中输运过程。根据得到的射程与能量关系及对阻止本领的分析,从理论上提出航天器防护的合理方案。     

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。     

木星系探测中多层材料的辐射屏蔽优化设计方法

与地球辐射环境相比,木星辐射带中的粒子辐射环境有能量高、通量大、能谱硬等特点,对木星探测器的辐射防护要求更高。航天器设计中常用的多层金属材料的防护效果取决于辐射环境、屏蔽层数量与厚度、屏蔽层叠放顺序等众多因素,因此采用数值方法进行设计十分困难,有必要开发智能屏蔽优化算法。文章结合遗传算法和MULASSIS多层屏蔽仿真程序,以屏蔽后的吸收剂量为优化目标,开发了多层材料辐射防护优化设计方法。利用该方法,得到一定重量指标约束下的最优屏蔽结构,其特点是将高低原子序数材料相结合,多为双层或三层结构,并把高原子序数材料放置在外侧。以远木点和近木点分别为25个和10个木星半径的赤道面轨道为例,当面密度为1 g/cm2时,最优屏蔽结构为0.829 mm铅和0.158 mm镁的双层结构,可将辐射造成的总剂量降低至120.3 krad(Si)/a,与传统铝屏蔽材料相比,可节省近43.6%的重量资源。本方法可用于指导未来木星探测的辐射防护设计。     

基于Pro/E的三维总剂量分析软件实现及其在微小卫星中的应用

微小卫星基于成本和重量的考虑使用了大量COTS(commercial off-the-shelf,商用货架产品)器件。总剂量效应是制约COTS器件航天应用的主要因素之一。为了更加准确地计算COTS器件的辐射剂量,避免过设计,采用Pro/E二次开发技术自主开发了三维总剂量分析软件。与商业软件Space Radiation在简单模型上进行了对比验证,结果表明自研软件计算结果可信。采用自研软件对在研的型号开展三维总剂量分析,降低了对总剂量敏感器件的抗总剂量要求,减小了屏蔽厚度。     

卫星舱内宇宙辐射剂量测量与分析

本文介绍了在我国返回式卫星舱内辐射剂量测量的一些结果,分析了轨道高度和舱体质量厚度对舱内剂量的影响。卫星舱内的复杂屏蔽引起各位置上的剂量有所不同,测量结果表明:最高和最低剂量点剂量水平之比在500km高度的轨道时为1.58,在300km高度的轨道时为1.23。本文还对近地空间的辐射危害及其防护问题进行了讨论。     

Modeling radiation conditions in orbits of projected system of small satellites for radiation monitoring

Calculated estimates are presented for the accumulated radiation doses behind the shields of various thicknesses in the orbits of projected at Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics, Moscow State University system of small satellites for radiation monitoring. The results are analyzed and compared with the calculation data for other actively exploited near-Earth orbits.     

GEO卫星结构屏蔽设计与性能分析

地球同步轨道(GEO)卫星在轨期间将遭遇空间带电粒子辐射,导致的电离总剂量效应会损伤星上的电子元器件。在对GEO卫星典型结构进行屏蔽设计时,采用钽箔等材料对卫星结构大开口处进行封堵,又用屏蔽厚度的实体相交法求解卫星的屏蔽性能。建立卫星的三维屏蔽厚度模型,对比屏蔽设计前后的总剂量值,同时分析该封堵方法对卫星机热系统的影响。通过对GEO卫星结构三维屏蔽性能的分析,验证了该封堵方法的有效性。     

影响GEO卫星长寿命高可靠的空间环境因素及其评估、验证和保障技术研究

文章叙述了空间环境与卫星长寿命高可靠的关系,着重分析了影响GEO卫星长寿命高可靠的各种空间环境效应,如:地磁亚暴电子造成的卫星表面带电及诱导的二次放电、辐射带高能电子引起卫星内带电、太阳耀斑质子和银河宇宙射线造成的单粒子效应、空间带电粒子和太阳电磁辐照造成的辐照总剂量效应以及空间环境下敏感表面的污染效应等.文章最后给出GEO卫星空间环境效应的评估、验证和保障技术研究的必要性及其主要研究方向.     

Antenna radiation effects on the orbits of GPS and INTELSAT satellites

A large number of disturbances add to the main force exerted by Earth's gravitational field and affect the actual orbital trajectory of artificial satellites. They possess antennas with specific purposes, such as telecommunication systems operating at specific ranges of frequencies and radiated power. For instance, the antennas used in the GPS and INTELSAT satellites are quadrifilar helix and parabolic reflectors respectively. The radiation emitted by the antennas produces a radiation reaction force on the satellite making its orbital elements deviate from their expected values. Using a mathematical model for the radiation reaction force caused by the antenna, derived from the electromagnetic theory and the energy-momentum conservation law, the perturbation effects on the orbits of the GPS and INTELSAT satellites were studied. The numerical integrator used to solve the satellite equations of motion is based on the Runge–Kutta method of fourth and fifth orders. The theoretical model of antenna radiation reaction takes into account the satellite mass, antenna radiated power and maximum gain of the antenna.