载人航天废弃物的空间辐射防护性能研究

针对载人深空探索中的空间辐射,特别是大规模太阳粒子事件对航天员的威胁,需要在载人航天器内建立空间辐射应急防护区,为航天员在遭遇太阳粒子事件的时候提供必要的保护。考虑热融化压实技术在降低废弃物的空间占用率、高温杀菌和回收水分的同时能在不增加额外载荷的情况下为航天员空间辐射应急防护区的建设提供材料,在载人航天废弃物模型的基础上,利用Monte Carlo方法对其热融化压实产物的质子防护能力进行了计算,结合太阳粒子事件能谱和组织器官剂量计算转换因子,对不同屏蔽条件下太阳粒子事件造成航天员组织器官剂量的变化进行了研究。结果表明,在10 g/cm~2屏蔽厚度下,皮肤、脑、心脏以及红骨髓的辐射剂量都大大降低,均在剂量限值之下;除了需要对眼采取额外的局部防护措施以外,5 g/cm~2铝屏蔽+5 g/cm~2载人航天废弃物热融化压实产物基本上可以满足对太阳粒子事件的防护需求。     

月壤对太阳粒子事件防护性能研究

针对载人登月活动中航天员可能遭遇太阳粒子事件,研究了月壤作为防护材料的屏蔽性能。选取了1956和1989年2个典型的太阳粒子事件,计算了在屏蔽不同质子通量的情况下月壤所需的质量厚度,与铝和水进行了比较,并计算了屏蔽后的皮肤剂量;进一步利用蒙特卡洛方法计算了不同截止能量对应质子被屏蔽后的中子和次级质子产额,对质量厚度和次级粒子产额的关系进行了讨论。结果表明:13.43 g/cm~2的月壤可以阻挡1956年和1989年太阳粒子事件中99%的质子,此时皮肤剂量已在剂量限值内;在屏蔽相同数量的质子时,月壤所需的质量厚度小于铝,但大于水;月壤屏蔽后产生的中子产额小于铝。从工程实现的角度考虑,月壤可实现对太阳粒子事件的防护。     

基于星载加速度计反演载人航天轨道大气密度

热层大气密度直接影响低轨道航天器的精密定轨,热层大气密度模型的误差是影响载人航天定轨精度的关键因素。选取400km为载人航天轨道的代表高度,利用CHAMP卫星数据修正热层大气密度模型,进而反演得到2002年的热层大气密度,统计其中长期变化特征,并分析大气密度与太阳活动和地磁活动的关系,得出热层大气密度与两种指数的总体变化趋势一致的结论,且地磁活动与大气密度的相关性更好。同时将大气密度的反演值与神舟三号飞船的实测密度值进行对比,结果显示二者有较好的一致性,其平均残差和均方根误差分别为0．03和0．24,并且地磁平静期的误差明显小于磁暴期。结果表明,利用星载加速度计数据反演载人航天轨道大气密度是一种有效的方法。     

载人登月航天员辐射剂量分析与防护建议

针对载人登月航天员任务全周期中可能遭受空间粒子辐射损伤的问题,从航天器辐射防护设计流程出发,梳理了国际现行航天员辐射防护要求。通过蒙特卡罗模拟程序Geant4构建皮肤、眼晶体、造血器官等效人体组织模型,并对典型载人登月任务航天员受到的辐射剂量开展量化分析。从任务设计和辐射防护设计2个层面,对我国载人登月航天员辐射防护提出建议:在不超过20天的载人登月任务期内,5 g/cm~2铝材料屏蔽下的剂量即可比NASA剂量限值小一个数量级;而如果遭遇极端太阳粒子事件,航天员防护材料可选用聚乙烯等富氢材料作为保护层,屏蔽厚度需要约30 g/cm~2。     

低轨航天器长期轨道预报的初步研究

低轨航天器的长期管理和维护需要较高精度的长期轨道预报,影响长期预报精度最主要的因素来自低轨航天器所受的大气阻力摄动.借助平均大气密度模型,以340 km高度的低轨航天器为例,研究了低轨长期轨道预报问题.利用基于长弧段的逐天精密定轨,可以修正参考点的平均密度.根据目前积累的数据,通过引入太阳自转周期27 d和半年180 d这2个周期拟合平均密度序列,未来的平均密度可以预报到较高精度.目前的计算结果表明,在此基础上低轨航天器的长期轨道预报精度可以得到保证,在不同算例中表现基本稳定可靠.     

太阳质子事件长期预报方法研究

太阳质子事件是对航天活动构成威胁的重要空间辐射环境事件,质子事件的长期预报对航天器防辐射设计具有重要的指导意义。通过分析最近的23太阳活动周数据,并对比21和22周相关资料,总结出了太阳质子事件分布的三段式特征,即质子事件与太阳活动周同步,呈11年周期变化,每一个周期中又可以划分为:上升期(前4年)、峰值期(中间4年)和下降期(最后3年),同时对每一个阶段的质子事件分布特征进行详细描述。在此基础上,对第24周的质子事件分布状况进行预测。     

四种典型空间环境下LEO预报精度分析

针对复杂变化的空间环境,依据地磁指数Ap和射电辐射流量指数F10.7对空间环境简要分为4类。统计近4个太阳活动周各类型事件,发现扰动型(01、10和11型)事件比例有下降趋势。选取高度约350 km的载人航天轨道(天宫一号),以星载GPS数据作为"测量数据"和"参考轨道"分析其在四种典型空间环境事件前后轨道预报精度和解算阻力系数C_d的变化情况。解算的C_d在00型和10型空间环境下没有明显变化,而在01型和11型空间环境下变化明显,表现为磁扰前1 d下降,磁扰当天及扰后1 d急剧增加。该方法对精细化分析预报误差具有一定的参考意义。     

可穿戴太阳质子应急辐射防护服的仿真设计

针对载人月球探测任务中偶发太阳质子事件对航天员造成的突出辐射剂量危害与防护问题,采用蒙特卡洛方法仿真研究了常用屏蔽材料在舱内与舱外航天服应用中的防护效能,分析了不同高密度聚乙烯和氮化硼配比组成下单层富氢复合材料的屏蔽效果,并结合NASA航天服特征参数仿真分析了聚乙烯材料对航天服不同部位的屏蔽效率.结果表明:在相同质量密...     

近地空间辐射和航天员辐射风险

近地空间辐射主要包括银河系宇宙线(GCR)、太阳高能粒子(SEP)、南大西洋异常区辐射带粒子(SAA)和由地球大气层散射引起的反照质子和中子.空间辐射造成的航天员辐射风险是载人航天重要关注对象.讨论了空间辐射和辐射对航天员的危害,报道了近地轨道辐射测量结果、基于辐射传能线密度(LET)观测谱和辐射风险截面的辐射风险评估LET谱方法、载人火星飞行的辐射风险以及辐射危害的应对措施.并用辐射风险计算的LET谱方法获得了地面环境辐射和火星之旅辐射风险,结果与其它方法获得的辐射风险吻合.     

利用DORIS测轨系统实现高精度定轨

仿真研究DORIS测轨系统,重点考察了大气密度模型误差、测量精度、测轨网分布对定轨精度的影响。仿真结果表明,除了测轨网的地理分布,动力学模型中的大气模型误差对中低轨卫星精密定轨结果影响也较大。对ENVISAT卫星的DORIS实测数据进行了定轨分析,结果表明实测数据的定轨精度比仿真精度大约低1个量级不到。综合仿真结果和实测数据进行精度分析,推断对800km高度的太阳卫星轨道,采用8个DORIS信标站布设,24h定轨,定轨三维位置精度可以达到29cm(1σ),其中径向误差为3.4cm(1σ)。若采用30个DORIS信标站布设,定轨精度可提高30%。     

“暴风雪”航天飞机将再战江湖

1988年11月,前苏联成功发射了“暴风雪”航天飞机,打破了美国独家运营航天飞机的垄断局面。前苏联解体后,由于俄罗斯经济的不景气,“暴风雪”一直被封存着。随着国际空间站建造进度加快、国际商用卫星发射市场的繁荣和太空旅游热潮的兴起,俄航天有关部门正考虑让“暴风雪”再次复出     

空间的文化 文化的空间——走近忆苑掌门人 韦志青

东方文化内敛含蓄,西方文化外向热烈,这是东西方文化的不同之处。而东方文化最主要的特征是追求精神层面的价值达到由内而外的统一,"心若止水,万物皆空。"凡事只是溯本求源的一场修行,是清静的禅心。人生的修行如此,生命的本源亦如是。     

Space colonization

NASA interest in colonization encompasses space tourism; space exploration; space bases in orbit, at L1, on the Moon, or on Mars; in-situ resource utilization; and planetary terraforming. Activities progressed during 2002 in areas such as Mars colonies, hoppers, and biomass; space elevators and construction; and in-situ consumables.     

航天动态

美航天飞机将于2010年前全部退役 7月7日,美国航空航天局宣布,航天飞机还要飞行10次,至2010年2月、4月和5月,3架现役航天飞机将分别上演谢幕飞行。航天飞机退役之后,美国将启用新一代的战神火箭和奥赖恩载人飞船,承担美国人重返月球等载人飞行任务     

Space colonization

A series of workshops were sponsored by the Physical Science Division of NASA's Office of Biological and Physical Research to address operational gravity-compliant in-situ resource utilization and life support techologies. Workshop participants explored a Mars simulation study on Devon Island, Canada; the processing of carbon dioxide in regenerative life support systems; space tourism; rocket technology; plant growth research for closed ecological systems; and propellant extraction of planetary regoliths.     

STEREO Space Weather and the Space Weather Beacon

The Solar Terrestrial Relations Observatory (STEREO) is primarily a solar and interplanetary research mission, with one of the natural applications being in the area of space weather. The obvious potential for space weather applications is so great that NOAA has worked to incorporate the real-time data into their forecast center as much as possible. A subset of the STEREO data will be continuously downlinked in a real-time broadcast mode, called the Space Weather Beacon. Within the research community there has been considerable interest in conducting space weather related research with STEREO. Some of this research is geared towards making an immediate impact while other work is still very much in the research domain. There are many areas where STEREO might contribute and we cannot predict where all the successes will come. Here we discuss how STEREO will contribute to space weather and many of the specific research projects proposed to address STEREO space weather issues. The data which will be telemetered down in the Space Weather Beacon is also summarized here. Some of the lessons learned from integrating other NASA missions into the forecast center are presented. We also discuss some specific uses of the STEREO data in the NOAA Space Environment Center.     

Recent Space Data

This paper summarises the workshop session on recent space data. Most presentations addressed the intense solar storm in October–November 2003. Large perturbations of atmospheric trace gas concentrations, notably NO₂ and HNO₃, were found over extended areas around the magnetic poles in the mesosphere and stratosphere, extending over many weeks in the stratosphere. The impact on total ozone seems to be very limited although some more subtle investigations are still to be done. Several new space instruments with many innovative data products have been introduced. Very good coverage in vertically resolved observations of many chemical species is reached for stratospheric chemistry and dynamics research. Data have already been used to improve stratospheric models. Data continuity is an issue. However, the greatest concern is the lack of any suitable future space instrumentation for tropospheric research (air quality and climate forcing/carbon cycle) as well as UTLS problems (climate/chemistry interaction, stratosphere/troposphere exchange).     

空间多功能在轨维护机器人系统及其末端执行器设计

空间机器人是空间在轨服务的一种重要工具。以合作目标与非合作目标的在轨维护为目的,通过对现有空间机器人研究现状的调研和分析,提出了基于末端工具可快换的多功能在轨维护机器人系统,并提出多种末端执行器设计方案。其中三指-三瓣式末端执行器作为末端工具快换装置,不仅具有机械接口捕获对接的功能,还具有电力/信号传输功能,以及机械臂动力传输功能;钢丝绳缠绕式末端执行器具有优越的容差和软捕获性能,适合用于实现对安装有捕获接口的合作目标以及非合作目标卫星发动机喷管的捕获;而欠驱动三指末端执行器具有良好的待捕获目标物体形状自适应功能以及软捕获功能,因此可用于对空间形状不规则的太空垃圾等目标进行非合作目标捕获。通过对多功能在轨维护机器人系统及其末端工具快换过程以及末端执行器对目标捕获操作的研究,所提出的基于末端工具快换的多功能在轨维护机器人系统有较好的应用前景。