“航天器空间特殊环境、效应及评价技术”专题 序言

除力、热、磁等环境外,航天器在轨期间,还将遭受空间辐射、空间原子氧、空间等离子体、空间碎片、空间污染等特殊环境及其效应的考验,引起航天器用材料、器件、组件等在轨性能退化,甚至失效。随着我国航天科技的发展,尤其是大型空间基础设施的建设、可重复使用航天器和以月球探测为代表的深空探测任务的推进,以及航天器空间环境效应地面模拟实验能力的提高,对航天器空间特殊环境与效应及其评价均有了新认识、新发展和新成果。     

空间环境对载人登月活动的影响及保障需求研究

为了确保载人登月航天器的飞行安全和航天员出舱登月安全,分析研究了地月空间环境对载人登月航天器的影响,针对通信控制、航天器、探测器、月球车和航天员,分析提出了载人登月探测活动空间环境保障主要需求,并在此基础上重点分析了月球空间环境探测保障急需,即高能粒子辐射探测、辐射效应探测和月表尘埃等离子体探测等。     

临近空间中子环境及其对电子设备的影响研究

临近空间飞行器运行在苛刻的辐射环境之中,大气中子作为临近空间最主要的辐射粒子严重地威胁着临近空间飞行器电子设备的安全与可靠.从临近空间大气中子环境探测、环境规律和模型以及大气中子对飞行器电子设备的影响3个方面介绍了临近空间大气中子的研究现状,并对中子环境的探测、中子环境的理论建模和电子设备遭受中子单粒子效应的评价技术等方面的研究提出了建议.     

可重复使用航天器空间辐射效应评价关键问题及解决方法

介绍了可重复使用航天器及其应用需求,分析了其在太空遭遇的空间辐射环境及效应,探讨了可重复使用航天器的空间辐射效应评价在元器件退火效应研究及工程化、地面模拟试验设施及评价技术、地面检测维护及评价、抗辐射设计规范等方面存在的问题,提出了深入开展元器件空间环境效应及退火效应机理研究,给出适合可重复使用航天器的指标和评价体系;搭建多功能的综合环境效应地面模拟试验装置,加强多因素环境协同效应机理研究,建立空间多因素环境协同效应试验方法;开展空间环境多因素协同效应仿真,加强可重复使用航天器辐射效应预示方法的深入研究等解决途径。     

微米级空间碎片撞击太阳电池研究

目的评估航天器太阳电池阵遭遇微米级空间碎片撞击后性能的下降程度。方法利用激光驱动飞片发射系统针对硅太阳电池开展系统的试验工作,对太阳电池机械损伤特性及伏安特性进行测试。利用ORDEM2000软件计算航天器所在轨道的碎片通量和速度。结合试验结果,计算航天器太阳电池阵因微米级空间碎片撞击引起的最大输出功率衰减率。结果太阳电池最大输出功率衰减率与溅射区直径呈二次函数关系,与表面污染率近似相等。未来5年天宫一号所在轨道航天器太阳电池因微米级空间碎片撞击引起的最大输出功率衰减率为0.45%。结论利用该研究结果可以预计航天器太阳电池因微米级空间碎片撞击引起的最大输出功率衰减率,为航天器总体设计提供技术支持。     

中国区域紫外辐射红斑剂量时空变化特征

利用大气探测卫星AURA搭载的臭氧观测仪（ozone monitoring instrument,OMI）所获得的紫外辐射红斑剂量数据,分析了2005—2015年中国紫外辐射的时空变化特征。在空间上,紫外线辐射呈现纬度地带性分布,从南向北逐渐减小,大约从4200 J?m^?2到1500 J?m^?2递减。紫外辐射与高程呈现明显的正相关,东部、东北的低海拔地区,紫外辐射相对较低。在高海拨的青藏高原区,紫外辐射高,多年平均值大约为5500 J?m^?2,有些区域可达6000 J?m^?2以上。在时间上,紫外辐射红斑剂量存在明显的季节变化,一年中变化大致呈现抛物线分布。在夏季（7月份）达到最大值,多年平均值为5532.9 J?m^?2,春秋季次之,冬季（12月份）达到最小值,多年平均值为1089.2 J?m^?2。2005—2015年平均紫外线辐射呈上升趋势,但是在2010年出现谷值,多年平均值大约为3016.5 J?m^?2。不同区域的变化趋势表现出明显的空间差异,大体呈现两种模式：在高值的青藏高原区,紫外辐射呈现减少的趋势;在低值区,紫外辐射呈现逐渐增大的趋势。     

航天器材料空间环境适应性评价技术

航天器及其使用的材料在轨服役期间要经受真空、热循环、辐照、原子氧及碎片等空间环境的作用,航天器材料的空间环境适应性是其区别于其它材料的一项重要质量特性,评价其适应性是航天器材料质量保证工作的重要内容。推进评价技术的发展,实现航天器材料质量,可以保证各个环节中对材料空间环境适应性的有效分析、评估与控制,是促进航天器可靠性提升所面临的一项重大问题。针对原材料选用、认定、复验等环节中的应用需求,分析了空间环境适应性评价技术目前存在的差距,并对今后的发展进行了展望。     

中国陆地生态信息空间化技术研究(Ⅱ)——太阳辐射要素

论文以MTCLIM模型为基础,根据中国的实际情况,对模型的参数进行了优化与调整,建立了适合我国的基于温度、降水和相对湿度等因子的太阳总辐射计算模式。提出了太阳总辐射空间化的模式,即先参数化,然后采用合适的空间插值方法(论文中采用地统计学方法)实现空间化。同时鉴于逐日太阳总辐射空间化工作量庞大,提出了在计算月均日结果的基础之上,采用线性插值技术快速得到逐日太阳辐射值。从而得到了中国太阳总辐射的空间分布结果。     

2010年度“空间环境工程与材料科学论坛”征文通知

《航天器环境工程》编委会将于2010年10月举办＂空间环境工程对先进空间材料的需求及对策＂为主题的论坛。以＂十二五＂规划和航天重大工程任务的需求牵引为背景,联合国内航空航天系统、科学研究单位及材料研究部门围绕空间环境共同探讨由航天重大工程要求所提出的航天器总体设计、研制生产、环境试验以及空间材料等方面的重大问题和发展方向,服务于我国航天器研制生产,促进产、学、研的深度交流与合作。欢迎各有关单位和专家认真组织稿件,踊跃投稿。参加论坛的优秀论文将分批刊登到“中国科技核心期刊”《航天器环境工程》上。     

“天舟一号”货运飞船在轨污染探测数据分析

目的分析"天舟一号"(TZ-1)货运飞船的空间污染探测器的在轨探测数据。方法 TZ-1货运飞船上的污染探测器采用石英晶体微量天平(QCM),利用污染物沉积在QCM探测器传感晶片表面引起的振荡频率变化情况来分析航天器在轨空间污染环境。根据其探测原理,通过分析下传的原始数据,得到航天器在轨的污染累积量结果。结果航天器在轨飞行过程中,污染累积已达到会导致污染敏感器件光学性能明显退化的程度,并且污染源温度是影响航天器污染累积量的一个重要因素,可以将其作为航天器在轨污染控制的重要措施。结论该研究结果可以为航天器污染设计、控制提供参考,为提高航天器可靠性设计提供数据支持。     

Getting ready for the manned mission to Mars: the astronauts’ risk from space radiation

Space programmes are shifting towards planetary exploration and, in particular, towards missions by human beings to the Moon and to Mars. Radiation is considered to be one of the major hazards for personnel in space and has emerged as the most critical issue to be resolved for long-term missions both orbital and interplanetary. The two cosmic sources of radiation that could impact a mission outside the Earth’s magnetic field are solar particle events (SPE) and galactic cosmic rays (GCR). Exposure to the types of ionizing radiation encountered during space travel may cause a number of health-related problems, but the primary concern is related to the increased risk of cancer induction in astronauts. Predictions of cancer risk and acceptable radiation exposure in space are extrapolated from minimal data and are subject to many uncertainties. The paper describes present-day estimates of equivalent doses from GCR and solar cosmic radiation behind various shields and radiation risks for astronauts on a mission to Mars.     

宇宙环境中的某些化学问题

本文讨论了宇宙环境中的化学概况,特别是宇航环境化学和宇航适应问题。     

航空电子设备大气辐射环境的危害影响分析

目的调查航空电子设备在典型民用飞行高度(8 000～12 000 m)下大气辐射环境的危害影响。方法利用14 MeV高能中子源对航空电子设备用CPU、DSP、FPGA及存储器开展了辐照试验,获取了各试件的单粒子效应敏感特性,采用民航高度下大气中子注量率的典型值6000n/(cm~2·s),预计典型航空电子设备在巡航高度下可能发生的软错误率。结果约900h内,该航空电子设备会由于大气辐射单粒子效应诱发一次错误。结论在不采取针对性防护措施的前提下,大气中子诱发的单粒子效应将严重影响航空电子设备可靠性、维修性,甚至危及飞行安全。     

Der deutsch-britisch-französische Höchstflußreaktor in Grenoble und sein Forschungsprogramm

The 57-MW high-flux reactor of the Institute Max von Laue-Paul Langevin at Grenoble serves as a central neutron-beam facility for laboratories and research institutes in the three member countries, the United Kingdom, France, and the Federal Republic of Germany. The heavy-water-moderated and -cooled reactor is equipped with hot, thermal, and cold moderators, providing neutrons with high intensity over an unusual wide range of energies (wavelengths) extending from some 0.1 meV (30 Å) up to some 500 meV (0.4 Å). An extensive system of neutron guides with different curvatures permits the transport of neutrons over distances ranging up to 140 m with minimal intensity losses for neutrons in the useful wavelength band. The transmitted beams, in addition, exhibit very low background contamination by fast and epithermal neutrons, and γ-radiation. A large variety of high-resolution neutron spectrometers provide unique opportunities in fields such as nuclear physics, crystallography, solid-state physics, chemistry, metallurgy, and biology.     

Constraints on energetic particles in the Fleischmann–Pons experiment

In recent Fleischmann–Pons experiments carried out by different groups, a thermal signal is seen indicative of excess energy production of a magnitude much greater than can be accounted for by chemistry. Correlated with the excess heat appears to be ⁴He, with the associated energy near 24 MeV per helium atom. In nuclear reactions, the energy produced is expressed through the kinetic energy of the products; hence, it would be natural to assume that some of the reaction energy ends up as kinetic energy of the ⁴He nucleus. Depending on the energy that the helium nucleus is born with, it will result in radiation (such as neutrons or x-rays) that can be seen outside of the cell. We have computed estimates of the expected neutron and x-ray emission as a function of helium energy and compared the results with upper limits taken from experiments. Experimental results with upper limits of neutron emission between 0.008 and 0.8 n/J are found to correspond to upper limits in alpha energy between 6.2 and 20.2 keV.     

Beryllium Wunschmaterial für Neutronenmonochromatoren

Compared to other commonly used monochromator materials, beryllium single crystals give a considerable higher intensity of the monochromatic beam for neutrons with a wavelength between 0.07 to 0.3 nm. For this reason it is necessary to produce single crystals without subgrains and with a low defect concentration. To date, attempts to grow such crystals have failed. In this treatise the neutron scattering properties and the crystallisation behavior of beryllium is discussed. In addition, possible future developments in the field are reviewed.     

一株耐辐射枯草芽孢杆菌的辐照抗性研究

研究室经过对枯草芽孢杆菌黑色变种进行了两次中子辐照,一次γ辐照和一次紫外线辐照,筛选得到了一株辐射抗性较强的菌株,称为耐辐射株.为了系统地考察这株耐辐射株的辐照抗性,分别以芽孢和营养体为材料,研究了其对中子、脉冲X光和紫外线的耐受性.结果显示,这株耐辐射株与原菌相比,对不同射线的耐受性都有不同程度的提高.但对于不同的辐...