外辐射带动态演化的粒子模拟研究

运用计算机实验方法即三维电磁粒子模拟方法初步研究了暴时扰动情况下外辐射带粒子环境的动态演化特性。模拟计算了暴时辐射带粒子环境的演化情况。模拟计算结果显示，高能质子、电子注入午辐射滞后，两者一方面沿磁力线做弹跳运动，向高纬扩展，部分注入质子和电子沉降于南北两极区域；另一方面，注入质子和电子还经历顺时针和逆时针方向的漂移运动，粒子能量越大，漂移速度越快。暴时多次注入引起整个辐射带粒子能量的大幅增强；粒子注入颗次和强度越大，辐射带粒子通量增幅越大。本项研究为开发研制完整的辐射带动态模式积累了有益的经验。     

质子辐射带辐射中心区域模型

利用AP-8和CRRESPRO质子辐射带模式数据库, 比较了二者在磁赤道面上计算结果 的差异并给出其差异原因. 利用AP-8模式数据库数据, 建立起质子辐射带函数形式的辐射中心区域模式, 包括各能道全向微分通量峰值所对应的L值(L_c) 随能量E的变化模式以及各能道全向微分通量峰值J_max随能量E的变化模式. 利用RBSP A卫星REPT望远镜在磁赤道面上的高能质子观测数据, 分别与 AP-8模式、CRRESPRO模式及本文所得辐射中心区域模式计算结果进行比较, 发现在78.9, 102.6和208MeV三个能道上, RBSP A卫星观测所得各能道全向微分 通量明显偏大, 而L_c与AP-8或本文辐射中心模式所得结果基本一致; RBSP A卫星也观测到CRRESPRO Quiet模式所得的隐性第二质子辐射带结构.      

南大西洋异常区高能质子通量南北向差异

利用2012年8月NOAA N15,N16,N17,N18卫星中能质子和电子探测器（MEPED）>6.9MeV质子能档的数据,研究了800km高度处南大西洋异常区（SAA）质子分布的南北方向差异.数据显示,质子计数率沿经线随纬度的变化近似满足高斯分布,且向南运动的质子多于向北运动的质子.MEPED具有0°和90°两个探测方向,可对质子投掷角分布进行估算,从而消除在探测南向和北向质子时探测器方向角偏差所造成的影响.结果表明,在经度40°W、纬度13°S至23°S位置上,仍然存在南向质子比北向质子多20%~30%的现象.其原因可能与地磁异常使南向质子镜像点更低,更多质子散射进入大气层沉降有关.分析还发现,南大西洋异常区质子通量存在地方时变化.日侧比夜侧强约20%,这可能是由于地磁场日变化引起的.      

科学家发现范艾伦带能够加速粒子

1958年,空间科学家詹姆斯.范艾伦和同事发现了高速粒子以两个同心圆的方式环绕地球运行的辐射带,称之为范艾伦辐射带。几年之后,研究人员推断,这些同心圆中的粒子来自遥远的地球磁气圈且由地球磁场所控制,当漂移接近地球且遇到更强的磁场时,就会被加速并进入一个环状的运行轨道。同时认为,整个加速过程需要几天到几周的时间,而且辐射带只随时间逐渐变化。     

“风云一号”(B)星对内辐射带质子的观测结果

本文介绍“风云一号”(B)星上的“宇宙线成份监测器”于1990年11月19至24日对内辐射带质子的观测结果。通过对这些结果的分析, 本文获得了4—23MeV能量范围内辐射带质子垂直强度在磁坐标内的分布特征。同时, 本文还给出了100°E子午面内质子垂直强度的分布。分析表明, 所得结果与辐射带理论一致。      

基于SAMPEX卫星观测的南大西洋异常区高能质子动态分布特征

利用SAMPEX卫星1992年7月至2004年6月19～27MeV高能质子数据对南大西洋异常区的分布特征进行研究, 发现南大西洋异常区高能质子分布随高度及F_10.7的变化十分显著. 在540±25km高度上, 地磁较为平静时期南大西洋异常区高能质子微分通量随着F_10.7的增大而减小, 同时在F_10.7≥115sfu时减小趋势较为平缓. 对中等及以上磁暴进行统计分析发现, 磁暴期间南大西洋异常区高能质子微分通量和SYM-H指数的绝对值存在明显的反相关关系, 且地磁暴对南大西洋异常区高能质子微分通量存在明显的持续影响效应. 磁暴发生期间高能质子微分通量明显减少. 磁暴恢复相及其之后高能质子微分通量呈现较为显著的恢复过程.      

地球内辐射带核心区环境特征分析及质子屏蔽的蒙特卡罗模拟

辐射带粒子是近地空间卫星总剂量辐射的主要来源。文章分析了内辐射带不同高度轨道的辐射环境特性;并利用Geant4程序,针对内辐射带质子环境进行不同材料的屏蔽效能计算。结果表明：虽然传统的低-高-低原子序数材料三明治屏蔽结构对电子具有较高的屏蔽效能,却并不适用于以质子环境为主的轨道;对于工作在3000 km圆轨道、5年寿命的卫星,若要将总剂量降至30 krad(Si)以下,使用PE屏蔽材料可比Al屏蔽减重28%。     

木星环绕探测任务中的内带电风险评估

木星拥有类似地球辐射带的辐射带结构,其辐射带质子通量是地球的10倍,高能电子通量比地球高2~3个数量级,且最高能量可达1 Ge V。因此木星探测任务的抗辐射设计是任务成功的关键。选择3种不同倾角大椭圆探测轨道,仿真分析了2种介质在变化能谱下的内带电过程。仿真结果表明,对于环氧树脂(Fr4),由于电阻相对较小,电子通量较大的近木点的充电电荷,会在远离辐射带时泄放,其最大充电电场取决于近木点的电子通量;对于聚酰亚胺(Kapton),由于电阻相对较大,充电电荷不能及时泄放,不同轨道间电荷逐渐累计,最大电场不断增加。另外,环木轨道倾角越大,越有利于降低充电电场。和地球GEO轨道相比,不同电阻介质在环木轨道的充电差异相对地球GEO轨道较小。     

低轨航天器运行环境质子通量预测模型对比研究

辐射带粒子环境是导致航天器故障和异常的重要因素。为此,需要对辐射带粒子环境及其通量分布进行研究。文章主要研究低地球轨道（LEO）环境辐射带质子分布情况。分析了目前用来计算质子通量的几种常用模型的优缺点;利用各模型计算了不同轨道的质子通量,对计算结果进行了比较;总结了进行不同高度、不同能量范围的质子通量计算时,选择不同模型的依据原则。