低轨互联网卫星在轨单粒子翻转分析及防护措施

空间单粒子翻转（SEU）对于在轨卫星寿命和可靠性有着较大的影响,然而,针对低轨互联网卫星1000～1200 km的典型极地轨道空间SEU,目前缺少在轨试验验证结果。文章对某型号的两颗卫星在轨7个月以来的SEU事件记录数据进行处理和分析,给出互联网卫星1050～1425 km不同轨道高度上的SEU事件发生的频度、区域及概率,结合在轨运行情况提出互联网卫星在轨单粒子翻转的软硬件防护设计措施。数据表明,在当前低轨互联网卫星的典型轨道高度上,对于抗单粒子翻转阈值为0.7 MeV·cm2/mg的低阈值SRAM器件,在轨SEU事件大部分发生在SAA区域,发生概率约为7.63×10-7 bit-1·d-1。结合卫星在轨空间防护设计经验,通过加强元器件选用控制、软硬件冗余设计、关键器件限流等措施,可以有效提高低轨互联网卫星的在轨可靠性。     

地球同步轨道卫星在轨异常与空间环境相关性分析

利用中国FY和美国GOES卫星探测数据,对中国某同步轨道卫星发生在2010年至2015年的44次可能与空间环境相关的异常进行了研究,重点分析了异常发生的时间分布、伴随的空间环境现象和空间粒子分布特征,并利用DICTAT模拟计算了卫星异常期间介质内部最大电场强度,结果表明:(1)内部充电是造成"3·17"卫星异常的主要原因。(2)79.5%卫星异常发生在日侧,这与能量2Me V的高能电子通量随地方时分布非常一致。(3)多达25次(57%)的异常事件伴随高能电子暴。能量2Me V电子通量的50%位数在异常前3-4天开始出现明显增强,内部充电危险商数ZIC在异常前2天进入黄色风险等级;能量2Me V电子通量的75%位数在异常前4天开始出现明显增强,ZIC在异常前2天先后2次进入红色风险等级。(4)在II类、III类和IV类情形下,DICTAT模拟计算得到的介质内部最大电场分别在19.2、50.4和9.8小时之后超过并维持在106V.m-1以上,该范围的内部电场强度存在潜在的放电危险,高能电子诱发的内部充电是造成我国同步轨道卫星异常的主要原因。     

一种基于FPGA的抗辐射加固星载ASIC设计方法

针对静态随机存储器(SRAM)型现场可编程门阵列(FPGA)空间应用的问题,提出了基于FPGA星载抗辐射加固专用集成电路(ASIC)设计的全流程,并重点对扫描链设计、存储器内建自测试、自动向量生成、ASIC封装设计、散热设计、加电振动试验等关键点的设计方法和注意事项进行了介绍。通过设计、测试、封装、试验,实现了基于静态随机存储器型FPGA转化为抗辐射加固ASIC。ASIC抗辐射总剂量大于100krad(Si),抗单粒子闩锁(SEL)阈值大于75 MeV·cm~2/mg,抗单粒子翻转(SEU)阈值大于22 MeV·cm~2/mg,满足空间应用的要求,具有很好的应用前景。     

高分多模卫星星地一体化快速响应系统设计与在轨验证

高分多模卫星采用星地一体化设计,实现了星上处理及信息快速生成分发,将遥感信息的快速响应时间缩短到了分钟级。文章详细描述了高分多模卫星基于星上处理系统(区域提取与处理单元)、数据传输与分发系统(数传分系统),以及地面接收与处理系统的星地一体化快速响应系统架构;开展了辐射校正、几何校正等星地一体化设计方法论证,以及在轨图像定位精度关键指标精度分析。通过高分多模卫星在轨试验完成了快速响应时间及关键指标的在轨评估验证,快速响应时间达到了2 min以内,在一定侧摆角度下图像定位精度可以达到经度方向-50.36 m,纬度方向29.18 m。     

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。     

基于空间目标特性的无缝搜索技术研究

为了解决常规雷达搜索屏拦截空间目标概率不高的问题,利用空间目标过境具有周期性的特征,提出一种高拦截率的无缝搜索方法。当搜索屏经度覆盖范围大于等于目标重访经度差时,目标过境将至少被搜索屏拦截1次。利用这个特征,通过优化相控阵雷达法线仰角和搜索波位的驻留时间改变搜索屏的空间和能量分布,使各个轨道高度处的搜索经度覆盖范围等于目标的重访经度差,从而在最小时间资源开销的条件下实现了空间目标高概率拦截搜索。仿真结果表明,在时间资源开销相同的条件下,提出的无缝搜索方法与常规搜索方法相比,可将空间目标平均拦截率由90.93%提升至99.94%。研究对于提升空间目标监视雷达搜索效率具有较高的应用价值。     

临近空间大气中子诱发电子器件单粒子翻转 数值仿真研究

大气中子作为临近空间主要的辐射粒子,能够诱发电子器件发生单粒子翻转效应,严重威胁着临近空间飞行器安全、可靠地工作。文章研究了临近空间大气中子在不同时间、经度、纬度、高度下的能谱,计算了静态存储器（SRAM）中的IMS1601芯片在不同能量各向同性的中子入射下的翻转截面,在国内首次计算出任意两个临近空间位置上飞行器的IMS1601芯片的翻转率,并且对计算结果进行了验证。     

地球边缘大气密度时空特性分析

分析了地球边缘大气密度的时变特性及空间分布特性。从物理原因出发并基于NRLMSISE-00和MET-99大气模型计算随不同时空变量变化的相对大气密度,以说明各时空因素对地球边缘大气密度的影响程度。分析结果表明地球边缘大气密度具有较强的时变特性,昼夜和季节均对大气密度产生一定影响。空间特性表现为纬度对大气密度的影响明显,而经度影响微弱。季节不同导致纬度的影响程度不同,纬度因素在夏季和冬季的影响强于春秋。随着纬度的增加,季节对地球边缘大气密度的影响逐渐增强,而当地时间的影响呈减弱趋势。相比较而言,低纬区的昼夜波动强于季节波动,高纬区的季节波动强于昼夜波动。     

卫星系统热特性分析

考虑空间轨道外热流、卫星表面自身辐射、热载荷等因素影响,建立卫星温度场计算模型,在采用蒙特卡罗(Monte-Carlo)法求解卫星复杂辐射边界条件的基础上,利用有限容积法对卫星在轨飞行阶段的瞬态温度场进行数值模拟,计算得到卫星瞬态温度场,并考虑其表面自身辐射及空间轨道外热流等因素,建立卫星红外辐射通量计算模型,计算得到不同时刻、不同热载荷情况下的卫星红外辐射通量分布,并简要分析了在轨卫星热控涂层衰减所带来的表面太阳吸收比的变化对卫星温度场的影响。     

MOS电容器单粒子介质击穿导致GaN功率放大器失效分析

为验证一款GaN功率放大器抗空间辐射效应能力,对其进行了重离子单粒子效应试验研究。被试样品是由GaN HEMT、MOS电容器和电感器等组成的混合电路。试验源为加速器产生的锗离子(Ge+13,能量205 MeV),线性能量传输(LET)值为37.4 MeV·cm~2/mg。试验结果是:GaN HEMT性能未出现变化;MOS电容器发生了介质击穿失效,造成功率放大器功能失效。经验公式计算的单粒子介质击穿电压,与重离子试验结果基本吻合,得出MOS电容器单粒子介质击穿导致GaN功率放大器失效。研究表明,混合电路中无源的MOS电容器也会发生单粒子介质击穿失效,应用于空间环境时应进行单粒子效应评估。     

红蓝光敏探测器空间环境效应探测数据分析

红蓝光敏太阳电池空间环境效应探测器利用镓铟磷和三结砷化镓太阳电池来探测空间污染、原子氧和辐射环境及效应,搭载在中国空间技术研究院自主研制的“新技术验证一号”卫星上。文章通过分析红蓝光敏探测器在轨1年时间的探测数据,得到如下结论：红蓝光敏探测器污染电池板功率下降2.7%,等效污染累积增加量2.23×10^-5 g/cm^2,日均6×10^-8 g/cm^2;原子氧探测器在轨道高度499.226 km运行11个月,原子氧积分通量探测数据为9.7×10^20 AO/cm^2;辐射效应探测器（三结砷化镓太阳电池）在轨1年后累计接受辐射剂量（等效1 MeV电子注量）5.49×10^11 e/cm^2。     

Monitoring of the time and spatial distribution of neutron-flux spectral density outside the Russian segment of the <Emphasis Type="Italic">International Space Station</Emphasis> based on data from the BTN-Neutron space experiment

Results of measurements of neutron-flux spectral density in the vicinity of the International Space Station (ISS) based on BTN-Neutron space experimental data acquired in 2007–2014 have been presented in this paper. It has been shown that, during the flight of the ISS over different regions of the Earth’s surface, neutron flux in the energy range of 0.4 eV–15 MeV varies from 0.1 n/sm²/s in equatorial regions to 50 n/sm²/s in the South Atlantic anomaly region. The measurements were used to estimate the contribution of the neutron component to the overall exposure dose rate. The total contribution of fast neutrons is about 0.1–0.4 μ Zv/h above the equator area and more than 50 μ Zv/h above the South Atlantic anomaly region. A data analysis of BTN-Neutron data also showed that the time profile of neutron flux has long-periodic variations. It was found that, under the influence of Galactic cosmic rays (GCRs), modulation during 24th solar cycle neutron flux changed almost twofold (above high latitude regions). Maximum values of neutron flux were observed in January 2010 and minimum values were observed in January 2014.     

基于气相色谱法的电推进航天器氙气泄漏检测系统

为了能够对电推进航天器加注后的泄漏进行检测,对氙气泄漏检测方法和关键技术进行研究,研制了一套基于气相色谱法的氙气泄漏检测系统。试验结果表明,氙气体积分数在1×10-7~5×10-4之间时,系统可以定性定量判断氙气的真实泄漏量(1.0×10-5~5.0×10-2 Pa·m3·s-1);而当氙气体积分数超过5×10-4时,则应定性判断电推进系统有大泄漏(泄漏量10-2 Pa·m3·s-1)。检测系统能够满足电推进航天器加注后泄漏检测任务的要求。     

卫星外露电缆束介质结构深层充电仿真分析

受到空间高能带电粒子的作用,航天器蒙皮外侧电缆束的绝缘介质会产生深层充电效应。基于介质的电流连续性方程,并利用Geant4粒子输运模拟和辐射诱导电导率公式分析了介质深层充电的物理过程。在地球同步轨道(GEO)恶劣电子环境下,对外露电缆束介质结构深层充电进行三维仿真分析。结果表明:深层充电导致介质结构带20 V以内负电位,电位和电场强度峰值分别出现在电缆束外圈电缆介质层的外侧与内侧;对于导线介质层厚度为0.19 mm的情况,各介质层间是否紧密邻接和电缆束包含电缆根数多少对充电峰值结果影响不大;捆缚电缆的条状介质块是发生放电的危险区域,介质块厚度为0.8 mm时,充电电位在-103 V量级,电场强度可达到4×106 V·m-1,且电场强度与电位随介质块厚度增加而显著增大。     

Changes of properties of the materials of spacecraft solar arrays under the action of atomic oxygen

A procedure is developed for physical and chemical modeling and investigation of the weight, geometrical, and thermo-optical characteristics of polymer paneling materials of solar arrays and of the electric power of solar cells under the prolonged action of supersonic fluxes of atomic oxygen in orbit. The behavior of changes in the material characteristics as a function of the integral fluence of atomic oxygen is found. It is established that the electric power of solar cells is virtually invariable within the errors of measurements under irradiation by atomic oxygen flux with a fluence of no higher than 5 · 10²¹ cm^?2.     

航天领域常用聚四氟乙烯性能试验研究

聚四氟乙烯因其具有优异的特性,在航天领域有着广泛的应用。文章对SFB-2、M-12、M-111、4FT-6这4种航天领域常用聚四氟乙烯材料的摩擦性能和压缩变形特性进行试验研究:50 N载荷下它们的磨损率分别为1.21×10-4、1.39×10-4、1.32×10-4、1.19×10-6 mm3/(N·m);而13.7 MPa压缩载荷作用下的压缩变形量依次为7.0%、6.1%、3.3%、3.3%。表明不同厂家、不同牌号聚四氟乙烯的摩擦性能和压缩变形特性存在显著差异,在进行产品设计、材料选型时必须因材施用。     

The mass loss of spacecraft polyimide films under the action of atomic oxygen and vacuum ultraviolet radiation

The threshold values of the annual fluence of atomic oxygen (F _AO ≈ 10²⁰ cm^?2), as well as the ratios of the energy-flux density of vacuum ultraviolet radiation of the solar spectrum to the flux density of atomic oxygen (Φ _ν /Φ _AO ≈ 8 × 10^?15 mJ) were determined, which are characterized the influence of the synergistic effect on the mass loss of Kapton-H, PM-A, and PM-1E polyimide films, which are spacecraft materials.     

Magneto-ionospheric effects of active experiments conducted on February 18, 2004

Results of radiophysical and magnetometric observations of dynamical processes in the ionosphere and geomagnetic field that followed launches of four rockets of different power and made from different launching sites are analyzed. It is found that the rocket launches were accompanied by an intensification of wave activity in the ionosphere and geomagnetic field. The medium reactions from various sources (various rockets) were overlapping, which made their identification more difficult. Both ionospheric and geomagnetic disturbances have, most probably, two groups of propagation velocities: about 1.2–1.7 km s⁻¹ and 440–760 m s⁻¹. Slow MHD waves and internal gravity waves corresponded to these velocities.     

质子和离子辐照对镁稀土合金 力学性能的影响

文章研究了质子和离子（氮离子）辐照对镁稀土（Mg-Zn-Y-Zr）合金拉伸性能、表面硬度及拉伸变形断裂行为的影响。经能量为170 keV,注量分别为5×1015 /cm2、1×1016 /cm2、2×1016 /cm2、1×1017 /cm2的质子或离子辐照后,合金的拉伸性能和拉伸断口形貌没有发生显著变化,表明质子和离子辐照对Mg-Zn-Y-Zr合金宏观力学性能的影响有限,这与辐照粒子（质子或离子）对合金的穿透深度浅有关。纳米显微硬度测试和扫描分析结果显示,经氮离子辐照后,Mg-Zn-Y-Zr合金被辐照面表层发生了一定程度的硬化,纳米显微硬度随着辐照注量的增加而逐渐增加,而质子辐照的硬化效果不明显。     

飞行器高热流密度长时间测试方法

为实现对飞行器高热流密度热流的长时间测量,文章提出了一种以与高导热金属蜂窝材料复合的相变材料作为热沉的热流计,利用相变材料的潜热持续吸收热流计所接收的热量,可以对1 MW·m-2的热流密度持续测量2000 s以上。利用显热容数值方法建立了高热流密度长时间持续测量的分析模型,研究了热沉相变材料的热导率、相变温度、相变潜热等物性参数对测量方案的影响。研究结果表明,应选取热导率较大、相变温度较低且高于初始环境温度,以及相变潜热较大的相变材料作为长时间高热流密度测量的热沉材料。