载人深空探测被动屏蔽优化仿真研究

深空环境下高能银河宇宙射线与防护材料间产生了复杂多样的次级粒子,使得航天员辐射损伤效应和防护问题突出。运用Geant4蒙特卡罗仿真工具,计算了1000 MeV·n~(-1)的铁离子与铝或聚乙烯相互作用后,产生次级碎片粒子分布规律;分析了银河宇宙射线经过不同材料屏蔽体后,其碎片及次级中子对人体剂量当量的贡献随屏蔽厚度变化规律;依据该规律优化设计质量密度为20 g/cm~2聚乙烯掺杂比为15%硼的复合材料,得到的仿真设计复合材料成分比例可为载人航天被动屏蔽材料制备提供依据。     

卫星电缆网内部充电效应仿真分析

电缆结构作为最常见的卫星上的介质-金属结构,只受到卫星蒙皮的保护,其内部充电效应须引起重视。针对卫星上常见的电缆网结构进行了分析,使用内部充电三维仿真软件计算分析了GEO卫星上几种不同型号电缆对应不同蒙皮厚度下的充电效应,并对弯曲电缆、蒙皮孔洞处的电缆、电缆固定件等结构的简化模型进行了仿真分析。结果显示,在GEO恶劣电子环境下,单一卫星电缆会因为内部充电效应带上一定的负电位,在绝缘皮较厚或电缆处于蒙皮孔洞处等情况下,充电负电位会升高;电缆固定件介质块的充电电位与介质材料的尺寸有关,会带来较高的放电风险。     

月球表面次级中子辐射环境仿真研究

由于缺少磁场和大气,宇宙线高能粒子轰击月壤可以形成月球特有的强中子辐射环境,并对航天员和电子设备造成潜在威胁。文章采用蒙特卡罗方法仿真研究宇宙线高能粒子辐射与月壤成分核反应产生的次级中子能谱特征,给出不同太阳活动、不同月壤深度下月球中子能谱特征和空间分布特征。仿真结果表明,宇宙线高能粒子导致的次级中子随着月壤深度的增加先增大后减小,大约在1 m深度达到最大值,深度越深银河宇宙线诱发的中子贡献越大。相关结果可为我国后续载人月球探测任务的辐射防护设计提供参考。     

移位损伤剂量模型及其应用

首先描述了移位损伤的机理及其影响器件性能的机制,引入了适合航天器工程抗辐射加固设计使用的移位损伤剂量模型,探讨了其在CCD器件电荷传输效率CTE,Si器件平均暗电流以太阳电池阵输出功率等工程参数衰降中的应用,介绍了建立的基于移位损伤剂量模型的空间环境中CCD器件CTE衰降预测模式,其结果与欧空局空间环境信息系统的计算结果相吻合．该程序在光电器件抗辐射加固设计中具有重要的应用价值．     

利用脉冲激光开展的卫星用器件和电路单粒子效应试验

利用脉冲激光进行单粒子效应试验具有操作方便、试验效率高、可对芯片单粒子效应响应的空间区域和时间特性进行测试等特点,可作为卫星用器件和电路单粒子效应测试的有力手段。利用自主建立的脉冲激光单粒子效应试验装置（PLSEE）,针对某卫星用数字器件和电路进行了辐照试验,观测到了丰富的单粒子效应现象,首次测试了多次单粒子锁定对器件和电路的影响,对器件选用评价和电路系统抗单粒子效应设计具有参考价值。利用此装置,还首次在国内对有空间应用背景和前景的运算放大器、光电耦合器进行了单粒子瞬态脉冲效应的试验,表明这些器件像数字器件一样会发生严重的单粒子效应,而且更难捕捉和定位,对卫星系统的威胁不容忽视。     

卫星介质深层充放电模拟实验装置研制进展

文章介绍了深层充放电研究的国内外现状及中科院空间中心在研的卫星深层充放电实验模拟装置进展情况。锶90/钇90β放射源和5～100 keV电子枪被设计到一个真空系统内,分别作为介质深层充电及介质电导率的测试手段。分别用β放射源和电子枪对介质样品进行了辐照试验,观察到了kV级的充电电位和放电现象。在辐照样品之前进行的辐照空靶的实验均未观测到放电信号。该装置可为我国发展长寿命、高可靠的新一代通信、气象等中高轨卫星提供深层放电防护设计的基础数据、理论和技术支撑。     

一种SEU实验数据的处理方法

对SEU数据——特别是看似不理想，但却包含了丰富的物理信息所谓“坏数据”——的处理方法进行了分析讨论，并具体针对IDT7164器件的SEU数据进行了处理，从中得到了死层厚度、灵敏体积厚度、能量阈值等进行单粒子翻转预测所需要的关键参数，并就如何根据国内加速器的实际情况开展有针对性的单粒子效应模拟试验提出了一些初步想法。     

0.13μm部分耗尽SOI工艺反相器链SET脉宽传播

基于0.13 μm部分耗尽绝缘体上硅（PD-SOI）工艺,设计了一款片上反相器链（DFF）单粒子瞬态（SET）脉宽测试电路并流片实现,SET脉宽测试范围为105~3 150 ps,精度为±52.5 ps。利用重离子加速器和脉冲激光模拟单粒子效应试验装置对器件进行了SET脉宽试验。采用线性能量传输（LET值）为37.6 MeV·cm2/mg的86Kr离子触发了反相器链的三级脉宽传播,利用脉冲激光正面测试器件触发了相同级数的脉宽,同时,激光能量值为5 500 pJ时触发了反相器链的双极放大效应,脉宽展宽32.4%。通过对比激光与重离子的试验结果,以及明确激光到达有源区的有效能量的影响因子,建立了激光有效能量与重离子LET值的对应关系,分析了两者对应关系偏差的原因。研究结果可为其他种类芯片单粒子效应试验建立激光有效能量与重离子LET值的对应关系提供参考。      

脉冲激光模拟空间载荷单粒子效应研究进展

脉冲激光作为模拟测试空间探测载荷半导体器件的单粒子效应现象的一种较新型手段,具有可以定位器件对单粒子效应敏感的具体单元以及动态测试电路系统对单粒子效应的时间响应特性的特点,能够满足工程部门、器件研发部门的不同需求。通过实验与理论研究,建立单粒子锁定与翻转效应的激光阈值能量与重离子LET值的对应关系,解决了脉冲激光模拟测试的激光结果如何定量的关键问题,据此可以定量摸底评估器件的单粒子效应敏感度,使脉冲激光测试载荷的结果更具评价以及指导意义,这对建立统一的脉冲激光单粒子效应评估试验标准以及对脉冲激光试验的推广具有重要意义。空间探测载荷发生单粒子效应后器件功能特性及电路系统的影响、防范单粒子效应电路条件影响的手段下电路系统的抗单粒子效应设计措施是的有效性,以及为空间探测专门研制的抗辐射ASIC电路评价,都需要更加精细的单粒子效应测试方法。通过建立便捷、低成本的脉冲激光定量试验的手段,解决了空间探测载荷上述单粒子效应试验的问题。     

航天器介质材料深层充放电实验与数值模拟

空间辐射环境中高能电子诱发的介质材料深层充放电效应是威胁航天器安全的重要因素之一. 本文采用不同束流强度的电子枪电子, 研究了不同厚度的聚酰亚胺薄膜的深层充电过程; 利用Sr90放射源电子模拟GEO轨道高能电子环境, 研究了在其辐照下聚甲醛树脂和聚四氟乙烯材料的表面电位变化; 实验观测了深层放电产生的电流脉冲和电场脉冲. 提出了深层充电模型, 较好地模拟了实验测量结果, 并且分析了深层充电平衡电位和平衡时间随电子束流强度和介质电阻率的变化规律. 实验和数值模拟结果初步揭示了深层充放电效应的特征及规律, 表明深层充电现象随着电子束流强度和介质电阻率的增加而趋于明显, 介质电阻率是影响深层充电平衡电位和平衡时间的主要因素.