目錄
前言
第1章 緒論1
第2章 空間環(huán)境效應(yīng)概述4
2.1 空間環(huán)境及效應(yīng)的內(nèi)涵4
2.2 航天器遭遇的空間環(huán)境概況5
2.3 航天器空間環(huán)境效應(yīng)概況11
2.4 空間環(huán)境誘發(fā)的航天器故障概況15
2.5 典型的空間環(huán)境誘發(fā)的航天器故障事例17
2.6 航天器空間環(huán)境效應(yīng)防護設(shè)計總體要求27
2.7 與空間環(huán)境研究應(yīng)用相關(guān)的坐標系30
習題33
參考文獻34
第3章 空間輻射環(huán)境36
3.1 帶電粒子的表征36
3.2 銀河宇宙線37
3.2.1 銀河宇宙線成分及能譜37
3.2.2 銀河宇宙線模型38
3.2.3 太陽活動對銀河宇宙線的調(diào)制39
3.2.4 地磁場對銀河宇宙線的調(diào)制40
3.3 太陽宇宙線44
3.3.1 太陽宇宙線成分及能譜44
3.3.2 太陽宇宙線與太陽活動的關(guān)系44
3.3.3 太陽宇宙線模型44
3.3.4 地磁場對太陽宇宙線的調(diào)制45
3.4 地球輻射帶46
3.4.1 地球輻射帶空間分布46
3.4.2 地球輻射帶模型48
3.4.3 地球輻射帶的漂移49
3.4.4 地球輻射帶與太陽活動的關(guān)系51
3.5 深空輻射環(huán)境53
3.5.1 深空星球局地輻射環(huán)境54
3.5.2 深空宇宙線環(huán)境55
3.6 地球空間輻射環(huán)境小結(jié)57
習題58
參考文獻58
第4章 空間輻射粒子與物質(zhì)作用的基本機制61
4.1 輻射粒子與物質(zhì)作用的基本方式61
4.1.1 帶電粒子與物質(zhì)作用的基本方式61
4.1.2 光子與物質(zhì)作用的基本方式63
4.2 帶電粒子與物質(zhì)作用表征64
4.2.1 線性能量傳輸64
4.2.2 射程68
4.3 粒子能量與射程數(shù)據(jù)的應(yīng)用70
習題73
參考文獻76
第5章 電離總劑量效應(yīng)77
5.1 總劑量電離電荷在器件中的累積及影響77
5.1.1 總劑量在器件中誘發(fā)的捕獲電荷77
5.1.2 輻射誘發(fā)的捕獲電荷對器件的影響78
5.1.3 MOS器件對輻射劑量的時間響應(yīng)及退火效應(yīng)81
5.1.4 雙極器件的低劑量率輻射損傷增強效應(yīng)83
5.2 總劑量的分析評估方法84
5.2.1 航天器艙外輻射環(huán)境分析計算84
5.2.2 航天器艙內(nèi)輻射環(huán)境及總劑量分析計算85
5.2.3 地面輻照試驗總劑量計算87
5.3 近地空間的總劑量分布特征88
5.4 航天器抗總劑量設(shè)計指標要求91
5.5 器件總劑量效應(yīng)試驗和選用92
5.5.1 共性試驗要求92
5.5.2 MOS器件總劑量試驗流程93
5.5.3 雙極器件總劑量試驗流程97
5.5.4 有ELDRS效應(yīng)器件的總劑量試驗和選用方法98
5.6 總劑量效應(yīng)防護設(shè)計99
5.6.1 容差設(shè)計99
5.6.2 冗余設(shè)計99
5.6.3 布局設(shè)計99
5.6.4 屏蔽設(shè)計100
習題111
參考文獻115
第6章 位移損傷效應(yīng)117
6.1 原子位移損傷及對器件的影響117
6.1.1 位移損傷形成的材料缺陷117
6.1.2 位移損傷對半導體載流子的影響120
6.1.3 位移損傷對器件的影響121
6.2 位移損傷的分析評估方法126
6.2.1 等效(位移損傷)劑量法126
6.2.2 等效注量法130
6.3 近地空間位移損傷的分布特征133
6.4 抗位移損傷設(shè)計指標135
6.5 位移損傷效應(yīng)試驗135
6.5.1 粒子種類和能量136
6.5.2 質(zhì)子的位移損傷與電離作用的甄別區(qū)分137
6.5.3 通量和注量138
6.5.4 偏置和溫度138
6.5.5 輻照后退火及測試139
6.6 位移損傷防護設(shè)計139
6.7 位移損傷導致的航天器故障事例146
6.7.1 地面試驗器件的位移損傷失效146
6.7.2 衛(wèi)星太陽電池的衰退148
6.7.3 伽利略木星探測器故障150
6.7.4 TOPEX/Poseidon衛(wèi)星故障151
6.7.5 Globalstar-1星座故障152
6.7.6 科學級CCD器件位移損傷影響152
習題153
參考文獻157
第7章 單粒子效應(yīng)160
7.1 單粒子效應(yīng)及對器件電路的影響160
7.1.1 單粒子效應(yīng)電荷收集160
7.1.2 單粒子收集電荷導致的各類單粒子效應(yīng)163
7.1.3 表征單粒子效應(yīng)的關(guān)鍵參數(shù)169
7.2 質(zhì)子誘發(fā)單粒子效應(yīng)171
7.3 器件及電路單粒子效應(yīng)試驗172
7.3.1 試驗用粒子LET值173
7.3.2 試驗用離子能量及射程174
7.3.3 試驗用離子通量及注量176
7.3.4 脈沖激光試驗單粒子效應(yīng)177
7.4 單粒子效應(yīng)的分析評估方法180
7.4.1 重離子單粒子效應(yīng)分析評估方法180
7.4.2 質(zhì)子單粒子效應(yīng)分析評估方法185
7.4.3 器件單粒子效應(yīng)分析評估算例190
7.5 近地空間單粒子效應(yīng)分布特征194
7.5.1 近地空間誘發(fā)單粒子效應(yīng)的輻射粒子分布194
7.5.2 典型器件在典型軌道發(fā)生的單粒子效應(yīng)分布197
7.6 抗單粒子效應(yīng)設(shè)計指標200
7.7 單粒子效應(yīng)防護設(shè)計201
7.7.1 單粒子燒毀和單粒子柵穿防護設(shè)計201
7.7.2 單粒子鎖定防護設(shè)計202
7.7.3 單粒子翻轉(zhuǎn)防護設(shè)計207
7.7.4 SEFI防護設(shè)計211
7.7.5 SET防護設(shè)計212
7.7.6 軟件防護設(shè)計214
7.7.7 系統(tǒng)防護設(shè)計215
習題217
參考文獻219
第8章 表面充放電效應(yīng)223
8.1 表面充放電效應(yīng)概述223
8.1.1 表面充放電現(xiàn)象223
8.1.2 表面充放電效應(yīng)的危害224
8.1.3 不同軌道表面充放電風險分布228
8.2 表面充放電物理機制229
8.2.1 空間等離子體環(huán)境229
8.2.2 表面充電電流平衡方程237
8.2.3 航天器充電模型239
8.2.4 太陽電池充放電原理240
8.3 表面充放電效應(yīng)防護設(shè)計方法242
8.3.1 表面充放電效應(yīng)防護原則242
8.3.2 表面充放電效應(yīng)防護設(shè)計流程243
8.3.3 表面充放電效應(yīng)防護設(shè)計方法246
8.3.4 典型部件表面充放電效應(yīng)防護設(shè)計方法248
8.4 表面充放電效應(yīng)工程防護設(shè)計事例251
8.4.1 任務(wù)經(jīng)過表面充放電風險區(qū)域的判定252
8.4.2 航天器表面充放電風險一維仿真計算253
8.4.3 航天器表面充放電風險三維仿真計算253
8.4.4 工程實施方案260
習題260
參考文獻261
第9章 深層充放電效應(yīng)264
9.1 深層充放電效應(yīng)概述264
9.1.1 深層充放電效應(yīng)現(xiàn)象與概念264
9.1.2 深層充電的物理過程265
9.1.3 深層充放電效應(yīng)的主要影響與危害267
9.2 深層充放電的空間高能電子環(huán)境及模型268
9.2.1 外輻射帶電子成分269
9.2.2 高能電子隨磁殼的分布270
9.2.3 高能電子變化規(guī)律273
9.2.4 輻射帶高能電子模型277
9.2.5 高能電子環(huán)境及風險分析280
9.3 深層充放電效應(yīng)引起的典型故障286
9.3.1 深層充放電效應(yīng)誘發(fā)的航天器故障事例287
9.3.2 充放電效應(yīng)引起衛(wèi)星故障的分析288
9.4 在軌探測實驗291
9.4.1 衛(wèi)星放電在軌探測實驗291
9.4.2 內(nèi)部充放電效應(yīng)在軌探測實驗295
9.4.3 充放電效應(yīng)對衛(wèi)星威脅的在軌監(jiān)測299
9.5 地面模擬實驗303
9.5.1 典型深層充放電效應(yīng)模擬實驗裝置303
9.5.2 深層充放電關(guān)鍵參數(shù)測量裝置316
9.5.3 航天用絕緣材料電導率測量方法319
9.5.4 深層充電試驗方法334
9.6 深層充電物理模型與仿真軟件340
9.6.1 深層充電物理模型341
9.6.2 深層充電仿真軟件342
9.7 深層充放電效應(yīng)防護指南與方法345
9.7.1 深層充放電效應(yīng)防護指南345
9.7.2 深層充放電效應(yīng)防護方法348
習題352
參考文獻353
第10章 空間碎片及微流星體撞擊效應(yīng)358
10.1 空間碎片及微流星體環(huán)境358
10.1.1 空間碎片及微流星體的定義358
10.1.2 空間碎片及微流星體的來源358
10.1.3 空間碎片的增長和分布360
10.1.4 空間碎片的大小和分類361
10.2 空間碎片及微流星體超高速撞擊效應(yīng)363
10.2.1 空間碎片及微流星體的危害事例363
10.2.2 空間碎片及微流星體超高速撞擊物理過程366
10.2.3 超高速撞擊動力學366
10.2.4 行為各異的撞擊現(xiàn)象368
10.2.5 超高速撞擊典型損傷模式368
10.2.6 超高速撞擊的撞擊坑特性369
10.3 地面模擬試驗方法370
10.3.1 二級輕氣炮371
10.3.2 等離子體驅(qū)動微小碎片加速器372
10.3.3 激光驅(qū)動飛片加速器375
10.3.4 靜電粉塵加速器375
10.4 仿真分析評估方法376
10.4.1 空間碎片及微流星體環(huán)境工程模式376
10.4.2 航天器撞擊風險評估378
10.4.3 超高速撞擊過程的數(shù)值仿真379
10.5 空間碎片應(yīng)對對策380
10.5.1 躲避空間碎片碰撞380
10.5.2 加強航天器防護388
10.5.3 空間碎片減緩396
習題403
參考文獻404
第11章 原子氧、紫外線及低能帶電粒子侵蝕效應(yīng)407
11.1 原子氧腐蝕效應(yīng)407
11.1.1 原子氧的環(huán)境特征407
11.1.2 原子氧與暴露材料作用機制413
11.1.3 原子氧與紫外線、空間碎片的協(xié)同作用機制416
11.1.4 原子氧腐蝕效應(yīng)評估方法417
11.1.5 原子氧防護技術(shù)427
11.2 紫外輻射效應(yīng)428
11.2.1 紫外輻射環(huán)境特征428
11.2.2 紫外輻射與暴露材料作用機制430
11.2.3 紫外輻射效應(yīng)試驗評估方法433
11.2.4 紫外輻射防護技術(shù)433
11.3 低能帶電粒子輻射效應(yīng)434
11.3.1 低能帶電粒子與暴露材料作用機制434
11.3.2 低能帶電粒子試驗評估方法436
習題436
參考文獻437
第12章 航天器空間環(huán)境效應(yīng)實驗441
12.1 空間環(huán)境效應(yīng)仿真實驗441
12.1.1 仿真實驗?zāi)康?41
12.1.2 仿真工具441
12.1.3 仿真實驗內(nèi)容443
12.2 器件及電路單粒子效應(yīng)實驗445
12.2.1 實驗?zāi)康?45
12.2.2 實驗測試原理445
12.2.3 實驗條件設(shè)計447
12.2.4 實驗項目內(nèi)容設(shè)計448
12.3 航天器充放電實驗458
12.3.1 充放電實驗?zāi)康?58
12.3.2 充放電實驗條件458
12.3.3 充放電實驗內(nèi)容461