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 .…     

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。     

天基激光对GEO卫星的毁伤效能分析与启示

为分析天基高能激光对地球同步轨道（geosynchronous orbit, GEO）卫星的威胁，为高价值GEO卫星的防护设计提供参考，根据机动战术激光武器的技术发展情况，采用理论分析和数值计算的方法对天基高能激光的毁伤效能进行了评估。结果表明，10 kW级天基战术激光武器对卫星造成硬毁伤的距离可达50 km以上，卫星的易损部件依次为星表热控材料、太阳电池阵、碳纤维复合材料结构件和光学敏感器。根据分析结果得出的启示有:1）天基激光武器对GEO卫星的威胁是现实的；2）卫星激光防护应围绕薄弱环节开展以获取最佳效费比；3）应从单机、分系统、系统层面综合采取措施以提高系统鲁棒性；4）应采取主被动防护相结合的方式提高综合防护效能。     

SRAM HM—65642的单粒子闩锁特性

由空间高能带电粒子引起的CMOS器件单粒子闩锁效就(SEL),在卫星工程中已日益受到重视。本文对试验获得的SRAM HM—65642的各种SEL特性进行了详细分析,希望对卫星电子系统设计师们在进行CMOS器件的防闩锁设计中能有所帮助。     

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.     

科技动态

美韩研发新型太阳风暴预警系统一个国际科研团队日前研发出一种新型太阳风暴预警系统,该系统能分析太阳风暴中飞向地球的高能、高速带电粒子流强度,并根据其中的质子能量提前166min发出预警。由美国特拉华大学、韩国忠南大学和汉阳     

航天器防护高能带电粒子的新方法

文章介绍了航天器防护高能带电粒子的一种新方法——利用磁鞘进行主动防护。阐述了磁鞘防护高能带电粒子的基本原理,分析了其在工程应用上的可行性,并提出了磁鞘的一种设计方案。针对这种设计方案进行了数值分析计算,结果表明该方案可以有效防护0.15MeV以下的电子。     

高能激光武器的毁伤机理及飞行器防御途径分析

美国的高能激光武器即将投入部署，对导弹、飞机、卫星等空中目标产生了严重的威胁。搞清高能激光武器对飞行器的毁伤机理，对于防御激光武器毁伤是非常重要的。对高能激光武器的热烧蚀破坏效应、激波破坏效应和辐射破坏效应进行了初步的分析，并针对每种破坏效应提出了相应的防御途径或措施。     

不同地磁活动期间地球同步轨道

文章利用地球同步轨道GOES6～12卫星1986-2006年约两个太阳活动周期的高能电子角通量密度数据,分析了在地磁平静期或不同程度磁暴期间高能电子通量的变化,为建立更精确的航天器内部充电动态模型奠定基础。研究结果表明:地球同步轨道高能电子通量随太阳活动周期的变化规律表现为,在太阳活动极大年通量较低,极小年反而较高;高能电子通量随季节的变化规律表现为,在冬至和夏至附近通量达到最低值,春秋分附近达到最高值;Dst指数最小时,对应的高能电子通量一般较低。     

序言一

正由于地球大气对高能光子的吸收,观测天体高能辐射必须在大气层之上进行。美国于1970年发射第1颗X射线天文卫星自由号(Uhuru),实现了光子能量范围2～20 keV的X射线巡天,打开了人类观测宇宙的新窗口——空间高能天文。光子能量高于20 keV的硬X射线是研究天体高能辐射的关键波段;从20世纪90年代初开始,实现硬X射     

不同地磁活动期间地球同步轨道高能电子通量分析

文章利用地球同步轨道GOES～12卫星1986-2006年约两个太阳活动周期的高能电子角通量密度数据,分析了在地磁平静期或不同程度磁暴期间高能电子通量的变化,为建立更精确的航天器内部充电动态模型奠定基础.研究结果表明:地球同步轨道高能电子通量随太阳活动周期的变化规律表现为,在太阳活动极大年通量较低,极小年反而较高;高能电子通量随季节的变化规律表现为,在冬至和夏至附近通量达到最低值,春秋分附近达到最高值;Dst指数最小时,对应的高能电子通量一般较低.     

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。     

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。     

MEO卫星内部充电环境及典型材料充电特征分析

文章利用通用模型DICTAT,计算了恶劣期地球中高轨道(MEO)高能电子通量随卫星运行位置的变化情况以及日均积分能谱,之后选择4种参数具有代表性的电介质材料,分析了其在MEO环境下的充电特征,并将上述结果与地球同步轨道(GEO)情况进行了对比。结果表明,通常而言MEO卫星的内部充电风险更高,平均充电电位是GEO的3倍左右,而且充电电位在整个轨道周期内起伏变化明显,电位达到最高值的时间相对于高能电子通量最大值有0.3~0.9 h的延迟,具体的变化特征由电介质材料时间常数决定。     

卫星磁力矩器磁场效应仿真分析

磁力矩器是卫星上磁性较大的部件之一,局部的强磁场是影响卫星周围带电粒子分布的主要原因。为了定量分析磁力矩器与等离子体相互作用,文章基于磁场与运动粒子的耦合模型,利用有限元数值分析软件仿真了典型轨道航天器上磁力矩器工作时周围带电粒子入射轨迹变化及电荷(粒子数)分布。结果表明,受磁场作用,带电粒子在接近磁力矩器本体时会发生偏转,且偏转幅度随电子能量降低而增大;由磁场引起的这种偏转效应导致带电粒子不均匀入射到卫星内。     

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。     

新的年代 新的开端

二十世纪90年代的第一春已经来临了。在这二十世纪的最后十年,我国的航天事业的发展展示了美好的前景。 三十多年来,在党和政府的正确领导下,在各行各业的大力支持下,我国航天事业取得了举世瞩目的成就。卫星回收,一箭多星,卫星测控,高能低温燃料火箭以及地球静止卫星发射等技术,已进入国际先进行列。我国已成为世界空间强国之一。     

空间电子辐照下星用热缩套管力学性能退化试验研究

为掌握星用热缩套管的力学性能在空间带电粒子辐射环境中的退化情况,分别利用1 Me V高能电子和45 ke V低能电子模拟地球同步轨道带电粒子辐射环境,研究热缩套管在这2种不同能量电子辐照下断裂伸长率和抗拉强度性能退化情况。试验结果表明,辐照后热缩套管颜色由透明变为黄色,力学性能均出现显著退化现象,且高能电子辐照后退化较低能电子辐照后更为严重。文章通过能量沉积分析、辐解气体分析、表面形貌分析和X射线光电子能谱分析等多种手段,对试验结果做出了合理解释。本研究对开展结构材料力学性能退化地面模拟试验中的能量粒子选择有指导意义。     

太空垃圾——待解的难题

废弃的卫星、剥落的隔热瓦、燃料舱的残片……这些空间碎片就像地球上的垃圾一样,已经开始威胁到地面上的安全了。多达9000多块太空垃圾正飘浮在地球轨道上,它们的数量还在不断增加,总质量已超过5500吨。