航天员受银河宇宙线辐射的剂量计算

在近地空间(LEO)和深空探测中,航天员遭受的辐射风险主要来自于银河宇宙线(GCR)照射.银河宇宙线的辐射剂量是航天员辐射风险评价的基础.国际放射防护委员会(ICRP)于2013年提出了新的航天员空间辐射剂量估算方法,以更准确给出空间重离子辐射的剂量.基于此方法,开发了宇宙线粒子在物质中输运的蒙特卡罗程序,并在程序中实现用中国成年男性人体数字模型来仿真航天员.采用该程序计算了粒子(Z=1~92)各向同性照射航天员时器官的通量-器官剂量转换因数,并估算出航天员在近地轨道空间受银河宇宙线辐射的剂量.     

近月空间带电粒子环境——“嫦娥1号”“嫦娥2号”观测结果

“嫦娥1号”（CE-1）、“嫦娥2号”（CE-2）都安装了1台太阳高能粒子探测器（High-energetic ParticlesDetectors,HPD）和2台太阳风离子探测器（Solar Wind Ion Detectors,SWIDs）,进行了月球轨道200 km和100 km空间环境探测,获得了月球轨道空间高能带电粒子（质子、电子和重离子）能谱随时间的演化特征、等离子体与月球相互作用特征以及太阳风离子速度、密度和温度参量。空间环境探测数据分析结果表明：太阳活动低年、空间环境扰动水平相对较低、月球处于太阳风中时,近月空间带电粒子环境的基本特征与行星际空间相比变化不大。CE-1、CE-2在轨运行期间,发现了多起0.1～2 MeV能量电子急剧增加事件,这些事件发生在月球从太阳风运动到磁尾的所有空间区域,其中20%的事件伴随着卫星周围等离子体离子加速。模拟和统计研究表明：能量电子急剧增加使得绕月卫星和月球表面电位大幅下降导致了离子加速现象的发生;能量电子总流量大于10¹¹ cm^-2时,绕月卫星和月球表面充电电位可达负的上千伏。此外,月表溅射与反射太阳风离子、太阳风“拾起”离子等空间环境事件的发现,揭示了太阳风离子和月球存在复杂的相互作用过程。     

嫦娥四号着陆器有效载荷任务设计与验证

嫦娥四号着陆器落月后载荷需进行初始状态建立,载荷初始状态建立过程与探测器两器分离过程交叉,对飞行程序设计提出了挑战。文章针对嫦娥四号有效载荷分系统与探测器总体设计,按照着陆器各载荷的任务要求,结合月面工作的约束条件,从系统的角度对载荷开展探测任务的内容、顺序和时机进行设计和优化,并按照设计的工作流程,开展了着陆区的就位探测,验证了任务设计的合理性和载荷技术状态的正确性,可为后续探测任务中载荷与探测器系统联合飞行程序设计提供参考。     

应用于空间粒子探测的Si-PIN传感器电子辐照测试

长期的高能电子辐照会对Si-PIN传感器探测性能造成影响,为了考核应用器件耐电子辐照能力,采用电子辐照源模拟空间电子环境对半导体传感器进行辐照试验.试验结果表明:传感器在接收7.64×1014辐照剂量情况下,传感器能量响应能力未发生改变,计数效率稍有下降;随着辐照剂量的增大,虽然传感器漏电流不断增大,但是噪声水平较平稳,传感器的性能不影响载荷工作指标.      

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。     

基于CLYC闪烁体的中子能谱测量及反演方法

空间中子是影响航天器和航天员安全的重要辐射要素之一。优化中子探测器,提高测量效率,提升反演精度是中子测量的难点。中国空间站将搭载一种基于新型中子探测材料Cs2LiYCl6:Ce（CLYC）闪烁体的中子探测器,该探测器具有同时测量热中子和快中子,以及探测效率高等特点。针对该新型探测器的中子能谱反演,分析了不同能量中子在该探测器中的响应特点,分析了中子反演常用的概率迭代法和非负最小二乘（NNLS）法的优缺点,考虑到这2种方法在CLYC探测器反演应用中的不足,提出了基于增广矩阵的非负最小二乘（AM-NNLS）法。数值实验结果表明:AM-NNLS法具有反演运算效率高和反演相对误差小的特点,验证了所提方法的有效性。      

GEANT程序在空间粒子探测器优化设计中的应用

在众多的蒙特卡罗模拟程序中,介绍了其中的一种程序——GEANT程序．首先对蒙特卡罗方法的产生和基本思想作了解释,对GEANT程序的主要模块和基本结构以及粒子在程序中的传输过程作了描述．在程序中,GEANT程序应用了先进的ZEBRA存储管理器,使各个模块之间的联系更为方便．在空间粒子探测中,利用GEANT程序,可以计算空间粒子在探测器中的能量损失,在不同材料中的射程以及产生的次级粒子的数量,最后利用GEANT程序可以模拟出各种粒子在不同材料中的LET值,本文还进一步表明了蒙特卡罗方法对空间粒子探测的重要意义．     

日冕能量中性原子编码调制成像方法应用

针对空间天气活动机理、机制及规律等方面研究需要,Kuafu卫星计划提出对日冕中性原子进行成像观测.通过分析日冕中性原子观测的科学意义和观测方法,采用编码调制方法进行日冕中性原子成像,并依据科学指标完成了整个仪器初步方案设计和仿真计算.仪器测量的中性原子能量范围为0.5~6MeV,视场范围为360°×10°.利用高压静电偏转电极板去除测量范围内的带电粒子,仪器由m序列编码调制栅网与硅半导体构成的成像结构及电子学箱共同组成.编码成像方案和仿真计算奠定了日冕中性原子成像观测的技术基础,可为空间天气中长期规律及预报等研究提供技术手段.      

月球粒子辐射环境探测现状

月球表面没有磁场的保护,粒子辐射是人类在月球活动的重要风险要素。概述了月球的辐射环境以及辐射来源,并介绍了月球探测的现状,特别提及了近年来几个较为典型的月球辐射探测实例及其探测结果;介绍了我国“嫦娥4号”上搭载的月表中子与辐射剂量探测仪（Lunar Lander Neutron&Dosimetry,LND）的科学目标及其技术指标。LND的科学目标主要包括：载人登月辐射剂量的测量、月球南极艾特肯盆地水含量的测量、艾特肯盆地FeO含量的测量,以及为日球层科学的研究提供依据。     

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.