蔣虎 胡海鷹 龔文斌

摘 要：文章以98度軌道傾角為例，考慮的軌道高度分別為300km和600km兩種情況，對(duì)這兩組該空間區(qū)域內(nèi)的輻射環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行了仿真分析，主要指標(biāo)包括：質(zhì)子能譜，電子能譜及輻射劑量等?；谶@些指標(biāo)的仿真結(jié)果，對(duì)該區(qū)域的衛(wèi)星設(shè)計(jì)提出了設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)同步軌道；空間輻射；仿真

1 概述

飛行器在空間運(yùn)行時(shí)，受到多種因素的影響，飛行器軌道會(huì)發(fā)生衰減，甚至?xí)斐娠w行器內(nèi)部單機(jī)或某個(gè)分系統(tǒng)失去正常工作功能，從而引起飛行器失效而被迫終止飛行?？臻g輻射環(huán)境就是其中的關(guān)鍵因素之一[1，2，3]。這里主要針對(duì)近極軌道區(qū)域空間輻射環(huán)境進(jìn)行仿真，即以98度軌道傾角為例，考慮的軌道高度分別為300和600km。所考察的輻射環(huán)境指標(biāo)主要包括：質(zhì)子能譜，電子能譜及輻射劑量等。這些指標(biāo)的仿真結(jié)果將對(duì)該區(qū)域的衛(wèi)星設(shè)計(jì)提出一定的設(shè)計(jì)要求。

2 仿真平臺(tái)介紹

文章仿真平臺(tái)是基于ESA的空間環(huán)境信息系統(tǒng)SPENVIS[4]。該軟件包可以生成飛行器軌道或飛行器坐標(biāo)網(wǎng)格點(diǎn)等信息；基于這些信息，利用內(nèi)置的空間環(huán)境模型，可以對(duì)用戶自己感興趣的空間環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行仿真，該軟件的主要功能包括：地磁場(chǎng)坐標(biāo)生成；被俘獲質(zhì)子及電子的輻射通量、太陽(yáng)質(zhì)子影響；簡(jiǎn)單幾何結(jié)構(gòu)模型下的等離子或非等離子輻射劑量；復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)模型下的分區(qū)輻射劑量分析；太陽(yáng)電池片損害等效影響分析；等離子LET、流量譜、單粒子事件翻轉(zhuǎn)率；俘獲質(zhì)子流量的各項(xiàng)異性；大氣、電離層密度及溫度等；原子氧腐蝕深度；空間碎片仿真等。

3 仿真結(jié)果

文章仿真了傾角為98度情況下，衛(wèi)星高度分別為300km，600km時(shí)的空間輻射環(huán)境（質(zhì)子能譜，電子能譜及輻射劑量等）?？臻g輻射環(huán)境仿真結(jié)果如下。

3.1 300km時(shí)的空間輻射環(huán)境仿真（如圖1、2、3）

3.2 600km時(shí)的空間輻射環(huán)境仿真（如圖4、5、6）

4 結(jié)束語(yǔ)

從仿真結(jié)果可以初步得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：（1）對(duì)于98度傾角情況，輻射劑量隨屏蔽材料厚度變化的趨勢(shì)是：在厚度處于小于9mm區(qū)間時(shí)，隨屏蔽材料厚度增加，輻射劑量迅速減少；當(dāng)厚度處于大于9mm而小于20mm區(qū)間時(shí)，隨屏蔽材料厚度增加，輻射劑量減少十分有限；（2）600km軌道高度比300km軌道高度的質(zhì)子積分通量高1-2個(gè)量級(jí)，而電子積分通量則在同量級(jí)范圍內(nèi)。

根據(jù)以上仿真結(jié)果，我們可以在98度左右軌道傾角的衛(wèi)星設(shè)計(jì)時(shí)選取厚度為9mm左右的鋁板殼體，即可有效減少300、600km高度區(qū)間內(nèi)的空間輻射劑量，從而保障星內(nèi)單機(jī)工作穩(wěn)定性；另外，質(zhì)子通量高往往更容易引起衛(wèi)星器件單粒子事件發(fā)生，因而對(duì)98度傾角衛(wèi)星而言600km軌道高度的衛(wèi)星設(shè)計(jì)比300km高度的衛(wèi)星設(shè)計(jì)更應(yīng)注重防范單粒子故障處理機(jī)制；電子通量高更容易引起衛(wèi)星深層充電現(xiàn)象，由于600km軌道高度比300km軌道高度的電子積分通量在同量級(jí)范圍內(nèi)，因而就防范衛(wèi)星深層充電方面，600km軌道高度的衛(wèi)星抗深層充電措施設(shè)計(jì)與300km高度的衛(wèi)星抗深層充電措施設(shè)計(jì)不必采用差別化設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1]http：//baike.baidu.com/view/415069.htm[DB].

[2]中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心.宇航空間環(huán)境手冊(cè)[M].中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2000.

[3]沈自才.空間輻射環(huán)境工程[M].中國(guó)宇航出版社，2013.

[4]https：//www.spenvis.oma.be/[DB].

作者簡(jiǎn)介：蔣虎（1969-），男，漢族，浙江省東陽(yáng)市，現(xiàn)為上海微小衛(wèi)星工程中心研究員、博士，研究方向：衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)及導(dǎo)航衛(wèi)星應(yīng)用。