《空間輻射環(huán)境工程》重點討論空間輻射環(huán)境工程,系統(tǒng)地從空間輻射環(huán)境與模型、空間輻射機理與效應、空間輻射與效應標準、空間輻射效應試驗方法、地面模擬試驗設備、飛行試驗、數(shù)值仿真、航天器抗輻射加固以及空間輻射生物工程等方面進行了討論,對航天器設計與研制、航天器空間輻射環(huán)境效應、地面模擬試驗技術、飛行試驗及深空探測等具有一定的指導意義。
自人類第一顆人造地球衛(wèi)星開始,以美、蘇/俄為代表的航天大國就非常重視空間輻射環(huán)境工程工作,先后發(fā)射了一系列空間輻射環(huán)境與效應探測器或探測裝置,建立了一系列空間輻射環(huán)境模型和標準,搭建了一系列可以從事各種空間輻射環(huán)境與效應的地面模擬試驗設備,開展了一系列以長期在軌暴露實驗裝置為代表的空間飛行試驗,開發(fā)了一系列空間輻射環(huán)境與效應仿真平臺,并將相關數(shù)據(jù)和成果應用于航天器的研制中。在近地軌道探測的基礎上,成功建設了空間科學應用平臺——空間站,并開展了對金星、木星、土星及其他小行星的深空探測活動。當前,以美國為代表的航天強國認識到了現(xiàn)有空間輻射環(huán)境模型的不足,開始了對新的輻射環(huán)境模型AE9/AP9的開發(fā),并繼續(xù)建設與改進功能更加齊全和性能更加先進的空間輻射環(huán)境效應地面模擬試驗設備與仿真平臺。
我國自首顆人造地球衛(wèi)星東方紅一號研制開始,就非常重視空間輻射環(huán)境工程的相關研究工作,并利用資源系列衛(wèi)星等開展了空間輻射環(huán)境的探測。以中國空間技術研究院為代表的國內(nèi)航天器研制單位建立了一系列空間輻射環(huán)境效應地面模擬試驗設備,并初步開發(fā)了一些空間輻射環(huán)境與效應仿真平臺。然而,與國外相比,我國在空間輻射環(huán)境工程的各個領域仍然存在較大的差距。
隨著我國的航天活動從試驗階段進入應用階段,一系列航天器,如導航系列衛(wèi)星、資源系列衛(wèi)星和氣象系列衛(wèi)星等均取得了長足的發(fā)展。以神舟系列飛船和嫦娥系列探測器為代表的載人航天工程和深空探測工程的推進,以空間站建設為代表的長壽命空間應用平臺的開發(fā)對空間輻射環(huán)境工程提出了更高的要求。
目前,國內(nèi)外尚缺乏關于空間輻射環(huán)境工程的專著。針對我國在空間輻射環(huán)境工程領域與國外相比仍然存在較大差距的現(xiàn)狀,作者在多年從事航天器空間輻射環(huán)境及效應研究工作的基礎上,對國內(nèi)外空間輻射環(huán)境工程的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行梳理、分析和總結,并結合個人的研究成果進行整理,以期從空間輻射環(huán)境與模型、空間輻射機理與效應、空間輻射環(huán)境與效應標準、空間輻射效應試驗方法、地面模擬試驗設備、飛行試驗、數(shù)值仿真、航天器抗輻射加固以及空間輻射生物工程等方面對空間輻射環(huán)境工程進行系統(tǒng)的介紹,為國內(nèi)從事航天器設計與研制、航天器空間輻射環(huán)境效應、地面模擬試驗技術、飛行試驗及深空探測等領域的科技工作者提供參考。
本書在編寫過程中,得到了丁義剛高工、劉宇明高工、趙春晴工程師、牟永強工程師等的幫助,航天東方紅衛(wèi)星有限公司首席科學家張永維總師對本書提出了寶貴的意見和建議。本書在編寫過程中取材于國內(nèi)外有關科學技術文獻并努力規(guī)范引用,在此,對文獻的作者表示感謝,如有不周之處,請予諒解并給予指正。本書在出版過程中,得到了中國空間技術研究院李明研究員、邱家穩(wěn)研究員,北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所劉國青研究員、向樹紅研究員、易忠研究員、童靖宇研究員、張立偉高工、何磊工程師的支持和幫助。我國深空探測首席科學家歐陽自遠院士,神舟飛船總設計師戚發(fā)韌院士,“中國槍王”朵英賢院士,小衛(wèi)星領域首席專家、中國空間技術研究院副院長兼科技委主任李明研究員欣然為本書題詞,戚發(fā)韌院士和張永維總師在百忙之中為本書作序。在此,一并表示感謝。
空間輻射環(huán)境工程是一門多學科交叉的系統(tǒng)性工程科學,雖然經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展,但隨著新型航天器的研制、新材料新器件的開發(fā)以及空間探測的不斷推進,在理論、方法和應用上仍在不斷深化。由于作者水平所限,書中不盡完善之處在所難免,懇請廣大同行、讀者批評指正。
作者
2013年4月于北京航天城
沈自才,1980年3月生,山東臨沂人,博士,高級工程師。先后于中國科學院研究生院獲得材料學碩士學位與光學工程博士學位,F(xiàn)從事航天器空間環(huán)境效應與深空探測技術研究。
第1章 緒論
第2章 空間輻射環(huán)境
2.1 概述
2.2 帶電粒子輻射
2.2.1 帶電粒子輻射環(huán)境
2.2.2 帶電粒子輻射模型
2.3 太陽電磁輻射
2.3.1 太陽電磁輻射環(huán)境
2.3.2 太陽電磁輻射模型
2.4 深空輻射環(huán)境
2.4.1 自由空間輻射環(huán)境
2.4.2 月球輻射環(huán)境
2.4.3 火星輻射環(huán)境
2.4.4 木星輻射環(huán)境及模型
2.4.5 土星輻射環(huán)境及模型
2.4.6 不同行星體深空輻射環(huán)境比較
2.5 展望
參考文獻
第3章 空間輻射環(huán)境效應
3.1 概述
3.2 空間輻射機理
3.2.1 輻射源類型
3.2.2 輻射與材料相互作用的物理過程與機理
3.2.3 重帶電粒子、電子、γ射線和中子與物質(zhì)相互作用的比較
3.3 空間輻射效應
3.3.1 單粒子效應
3.3.2 總劑量效應
3.3.3 表面充放電效應
3.3.4 內(nèi)帶電效應
3.3.5 位移損傷效應
3.3.6 太陽電磁輻射效應
3.3.7 輻射生物學效應
3.3.8 空間多因素環(huán)境協(xié)同效應
3.4 展望
參考文獻
第4章 空間輻射環(huán)境及效應標準
4.1 概述
4.2 國外空間輻射環(huán)境及效應標準
4.2.1 國外空間輻射環(huán)境標準
4.2.2 國外空間輻射效應標準
4.3 國內(nèi)空間輻射環(huán)境及效應標準
4.3.1 國內(nèi)空間輻射環(huán)境標準
4.3.2 國內(nèi)空間輻射效應標準
4.4 展望
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