GaAs/Ge太阳电池电子辐射效应的移位损伤剂量分析

引入移位损伤剂量,对国产空间用GaAs/Ge太阳电池电子的辐射效应进行研究分析。首先计算电子在电池中的非电离能损(non-ionizing energy loss,NIEL)值,再用其与电子辐射注量的相乘,得到相应的移位损伤剂量(displacement damage dose,Dd),并对不同能量电子辐射下GaAs/Ge太阳电池最大输出功率Pmax随Dd的衰降曲线进行修正。分析结果表明:用Dd代替辐射注量,可使不同能量电子辐射引起的GaAs/Ge太阳电池Pmax的衰降能用单一曲线来描述。由此,通过NIEL值的计算和相对少的电子实验数据,就可确定太阳电池Pmax的衰降曲线,能够方便地预测在轨任务太阳电池的工作寿命。     

空间辐射剂量及屏蔽效应研究

为分析空间辐射剂量及屏蔽效应,建立空间辐射剂量Monte Carlo评估方法.建立了符合空间辐射点点分布均匀、处处各向同性的抽样方法,并实现了基于体元的人体屏蔽模型.计算了3种屏蔽厚度下质子空间辐射的器官当量剂量和有效剂量分布,分析了不同厚度的屏蔽效果.结果表明,器官当量剂量在100～200 MeV之间存在高峰,有效剂量在200 MeV左右存在高峰;随能量增加,次级粒子有效剂量贡献增大,重粒子增长速度最快;提出了加大眼晶体和性腺屏蔽厚度,开发新型辐射屏蔽材料的建议.     

空间电子辐照下半导体器件的抗辐射屏蔽优化

该文探讨了在地球同步轨道辐照环境下对半导体器件的抗辐射屏蔽问题．针对我国空间飞行器中对半导体器件较常用的局部屏蔽加固的方法，在M—C计算机模拟的基础上对屏蔽层材料及其厚度进行了优化设计．     

空间高能电子对航天材料损伤分析

针对高能粒子在空间环境中的辐射研究,本文简单地介绍了空间高能电子在空间环境中分布情况及在物质中的传输问题,并在此基础上重点分析和研究了高能电子对航空材料的辐射损伤和高能电子的非电离能损失.从空间高能电子对材料的辐射损伤的角度,分析讨论了材料厚度与屏蔽效果的关系并提出了一些相关性的结论和展望.从L.W.Hobbs等人的研究中,得出了电子的透射深度的计算表达式,并且用此表达式计算了SiO2和Al的透射深度,结果发现计算的数据与卫星探测到的数据吻合的很好.     

SRAM型FPGA中轨应用可靠性分析

SRAM型FPGA在空间应用面临严重的单粒子效应问题,已有的研究大多集中在GEO和LEO轨道。由于中轨卫星的星上大容量信号处理需求日益增长,迫切需要寻求在容量、寿命与可靠性、成本之间折衷的有效解决方案,SRAM型FPGA能否满足中轨应用的可靠性需求成为关键问题。本文基于1/2恒星日回归轨道的中轨应用场景,选取了四款Xilinx FPGA,在日常辐射环境与太阳质子事件相结合的情况下进行了FPGA的可靠性分析,给出了三模冗余与定期刷新容错手段的选取策略,并讨论了对抗太阳质子事件的可行方案。结果表明,即使在最恶劣的辐射环境下,采用三模冗余结合周期刷新的加固手段,商业级FPGA也可达到同宇航级FPGA相当的可靠性水平。     

静态随机存储器型可编程门陈列中轨应用可靠性分析

静态随机存储器(SRAM)型可编程门阵列(FPGA)在空间应用面临严重的单粒子效应问题,已有的研究大多集中在GEO和LEO轨道。由于中轨(MEO)卫星的星上大容量信号处理需求日益增长,迫切需要寻求在容量、寿命与可靠性、成本之间折中的有效解决方案,SRAM型FPGA能否满足中轨应用的可靠性需求成为关键问题。基于1/2恒星日回归轨道的中轨应用场景,选取了四款Xilinx FPGA,在日常辐射环境与太阳质子事件相结合的情况下进行了FPGA的可靠性分析,给出了三模冗余与定期刷新容错手段的选取策略;并讨论了对抗太阳质子事件的可行方案。结果表明,即使在最恶劣的辐射环境下,采用三模冗余结合周期刷新的加固手段,商业级FPGA也可达到同宇航级FPGA相当的可靠性水平。     

女性航天员空间辐射防护需求分析

为了保障女性航天员的健康和安全,需要对其空间辐射风险进行评估与分析,并提出合理有效的防护建议.文中建立了符合中国女性航天员体征特点的空间辐射剂量计算模型.利用Monte Carlo方法,分别计算了0 g/cm²和5 g/cm²铝屏蔽条件下,不同能量的质子、碳离子和铁离子在女性各组织器官中的剂量分布情况.结合空间辐射环境能谱,对不同飞行任务期间女性航天员的空间辐射防护需求进行了分析.结果表明：对于中长期飞行、载人登月以及深空探索等任务,应针对女性的性器官做相应的局部防护,同时加强空间辐射防护新方法和新技术的研究.     

中国载人航天空间环境监测系统的发展

 空间环境是航天器的运行环境,直接关系到航天员和航天器的安全。监测、研究和预报空间环境,是保障航天员、航天器安全的一项重要手段。国内外载人航天工程逐步开展了辐射剂量、带电粒子、轨道大气、等离子体、空间碎片等空间环境参数探测。结合中国载人航天工程发展历程和阶段,着重介绍了中国神舟飞船、目标飞行器的空间环境探测研究情况,提出了后续空间站空间环境探测研究的建议。     

风云二号卫星空间环境监测器

风云二号卫星空间环境监测器由空间高能粒子探测器和太阳X射线探测器两台单机组成, 运行在地球同步轨道高度, 能够提供实时的太阳耀斑监测和质子事件监测. 风云二号空间环境监测器是国内第一套天基太阳质子事件监测警报系统, 在23周太阳活动峰年期间基本监测到所有的质子事件, 并通过分析实时监测的耀斑X射线辐射特征, 多次成功地开展了太阳质子事件警报服务. 风云二号空间环境监测器也是国内第一次进行地球同步高度的空间环境探测, 发现地球同步高度粒子变化的一些基本特征, 包括粒子通量的昼夜周期变化; 在太阳和地磁宁静时, 能量大于1.4 MeV电子通量在10~2×10²/cm²×s×sr之间变化, 能量大于1 MeV的质子通量在6×10²~8×10³/cm²×s×sr之间变化.     

类氟体系基态电离能关系的研究

在类氢离子能级相对论修正的基础上,依据屏蔽方法,给出了类氟体系基态电离能的一种表达式.依据原子序数9至20的元素类氟体系基态电离能的实验数据,使用Microcal Origin软件拟合出类氟体系非电离电子平均屏蔽系数与原子序数的函数关系,总结出类氟体系基态电离能遵从的关系式并进行了验证.推算了原子序数21至40的元素类氟离子的基态电离能.     

6ICP30锂离子蓄电池组的低球轨道环境模拟试验

对于未来的空间任务,锂离子蓄电池因其卓越的重量比能量、体积比能量以及循环寿命而比传统的镉镍蓄电池表现出更大的优势．而锂离子蓄电池组能否通过空间飞行器轨道的环境特点,对6ICP30锂离子蓄电池组进行了热真空、高低温交变、辐照等试验,部分验证了锂离子蓄电池在空间应用的可能性．     

空间环境对细胞基因表达的影响

空间环境不同于地球表面的任何环境,它强烈的空间辐射、高真空、微磁场以及航天器中的微重力等特殊环境对生物的影响都是人们目前正在探索的领域。空间辐射、微重力通过多种途径影响细胞的基因表达。对空间环境影响肿瘤细胞生物学性状发生改变机制的探讨有助于更深刻地认识肿瘤的发生发展,为攻克肿瘤提供新的思路和方法。     

地球外太空的奥秘:一个巨大的动力辐射区域

2010年,作者在地球外太空发现一个以磁口(cusp)为中心的巨大的动力辐射区域.这个新辐射区域纵深可达10.5Re;在7-8Re高度上,其尺度在纬线和经线方向上可分别达到6Re和＞10Re;当人造卫星穿越该区域时,测得的电磁涨落强度与高能带电粒子强度都有数量级的增加.本文对此进行了综述分析,认为这是太空时代最关键和最...     

航天器着陆缓冲技术研究进展

航天器着陆缓冲是所有需要着陆的航天器完成整个飞行程序的最后一个环节,该技术最终实现航天器的无损着陆,是后续载人和深空探测的重要关键技术之一,其工作结果往往会影响整个任务的成败。该技术的核心内涵是冲击过程中,航天器通过气、液、固等多种形式的介质的形变,吸收着陆冲击过程中的能量,使被缓冲目标的过载值满足目标值要求。基于能量传递过程,围绕航天器自身主动吸能以及冲击介质能量吸收两个维度对能量传递路径进行了分析,给出了主动吸能阶段设计的原则。结合典型航天器缓冲吸能设计的应用进行了分析,给出了各类缓冲吸能设计的准则。最后围绕航天器着陆缓冲技术内涵,对该技术的关键技术进行了梳理,围绕后续该技术在航天任务中的应用进行了展望。     

M/OD失效风险评估系统开发及标准校验

 论述了空间碎片失效风险评估在航天器设计中的重要性,给出了自主开发的空间碎片风险评估系统（MODRAS）总体框架及图形用户界面。MODRAS分为空间碎片风险评估和微流星体风险评估两大模块,每个模块又包括M/OD环境模型、航天器建模、碰撞概率分析、失效概率分析以及航天器防护结构设计等功能模块。除了环境模型模块外,其他各功能模块均为共享模块,即可同时应用于空间碎片风险评估与微流星体风险评估。针对机构间空间碎片协调委员会（IADC）指定的单位立方体、单位球体及简单航天器3种标准工况,将MODRAS分析结果与美国航空航天局的BUMPER系统、欧洲空间局的ESABASE系统、德国MDPANTO系统以及航天五院MODAOST系统等国内外同类软件分析结果进行比较。结果表明,在微流星体环境下,MODRAS与BUMPER程序失效数分析结果相差在4%以内;而在空间碎片环境下,失效数分析结果最大相差8%,校验了MODRAS的分析精度。此外,还给出了3种标准工况遭遇M/OD的表面失效数分布。     

航天器能量/姿控一体化控制器设计及功率规划

研究航天器的能量/姿控一体化控制系统(IPACS)的设计问题。针对带有4个飞轮(3正交、1斜装)的航天器的IPACS,设计了一个滑动模态姿态控制器。设计了飞轮组的控制律,保证了在储能时,飞轮的转速变化不会对航天器的姿态造成扰动,而且不影响正常的姿态控制,同时实现了姿态控制与能量存储。针对太阳帆板的功率变化特性以及飞轮电机的输入功率限制,提出了一种新的储能功率的规划方案,使飞轮在每个轨道周期内储存和释放的能量达到平衡,同时尽量利用了太阳帆板提供的功率,从而可以有效地减少太阳帆板的面积,减轻太阳帆板的质量。为了验证所设计的IPACS的有效性,给出了一个仿真实例。     

载人航天器SPE水电解制氧系统的轻量化研究

为了减小载人航天器中制氧系统及其相关系统的质量 ,在所建立的系统质量、功耗构成的数学模型基础上 ,对系统进行了轻量化计算 ,分析了影响系统当量质量的主要因素 ,并进行了系统当量质量的全局优化计算与分析。结果表明 ,在氧产量和其它参数一定的前提下 ,电解小室数目、电解面积、电流密度等都存在最佳值。研究结果对载人航天器环境控制与生命保障系统的优化设计有一定意义。     

空间微重力环境对人牙髓间充质细胞的影响初探

通过实际空间搭载实验,研究空间环境对人牙髓间充质细胞的影响。将人牙髓间充质细胞无源(细胞保存于密闭环境条件中,没有细胞培养所需的5%CO2、37℃、饱和湿度标准条件的适宜环境)搭载长征2号飞船进入空间环境,空间飞行时间为17d,返回地面后,继续培养成活并传代,观察其细胞骨架的改变。激光共聚焦显微镜观察显示:空间实验组细胞骨架出现弥散性的变化,局部微丝解聚。实验结果表明:人牙髓间充质细胞经历空间飞行后可以继续成活,并且细胞骨架发生了明显改变。     

Fast acceleration of “killer” electrons and energetic ions by interplanetary shock stimulated ULF waves in the inner magnetosphere

Energetic electrons and ions in the Van Allen radiation belt are the number one space weather threat. Understanding how these energetic particles are accelerated within the Van Allen radiation belt is one of the major challenges in space physics. This paper reviews the recent progress on the fast acceleration of "killer" electrons and energetic ions by ultralow frequency (ULF) waves stimulated by the interplanetary shock in the inner magnetosphere. Very low frequency (VLF) wave-particle interaction is considered to be one of the primary electron acceleration mechanisms because electron cyclotron resonances can easily occur in the VLF frequency range. Recently, using four Cluster spacecraft observations, we have found that, after interplanetary shocks impact the Earth’s magnetosphere, energetic electrons in the radiation belt are accelerated almost immediately and continue to accelerate for a few hours. The time scale (a few days) for traditional acceleration mechanisms, based on VLF wave-particle interactions to accelerate electrons to relativistic energies, is too long to explain our observations. Furthermore, we have found that interplanetary shocks or solar wind pressure pulses, with even small dynamic pressure changes, can play a non-negligible role in radiation belt dynamics. Interplanetary shocks interaction with the Earth’s magnetosphere manifests many fundamental space physics phenomena including energetic particle acceleration. The mechanism of fast acceleration of energetic electrons in the radiation belt responding to interplanetary shock impacts consists of three contributing parts: (1) the initial adiabatic acceleration due to strong shock-related magnetic field compression; (2) followed by the drift-resonant acceleration with poloidal ULF waves excited at different L-shells; and (3) particle acceleration due to the quickly damping electric fields associated with ULF waves. Particles end up with a net acceleration because they gain more energy in the first half of this cycle than they lose in the second. The results reported in this paper cast a new light on understanding the acceleration of energetic particles in the Earth’s Van Allen radiation belt. The results of this study can likewise be applied to interplanetary shock interaction with other planets such as Mercury, Jupiter, Saturn, Uranus and Neptune, and other astrophysical objects with magnetic fields.