空间环境及其效应
航天器空间多因素环境协同效应研究
航天器空间多因素环境协同效应研究沈自才;邱家稳;丁义刚;刘宇明;赵春晴【摘要】The necessity of study on synergistic effect of space environments is analyzed. Some synergistic effects such as electron, proton and ultraviolet, atomic oxygen and ultraviolet, atomic oxygen and space debris, discharging induced by space debris and contamination induced by space environment were discussed. The present state and perspectives of study on synergistic effects were discussed and proposed. Some advices and countermeasures of systemic study on mechanism, simulation, test method, forecasting technique were given.%文章首先对空间多因素环境协同效应研究的必要性进行了分析,然后对不同空间环境因素间的协同效应,如带电粒子与太阳电磁辐射、原子氧与紫外、原子氧与空间碎片、空间碎片诱导放电及空间环境诱导污染效应等进行了探讨,最后对开展空间多因素环境协同效应的现状和方向进行了讨论,给出了系统开展空间多因素环境协同效应机理、模拟技术、试验方法、仿真及预示技术研究的建议和对策.【期刊名称】《中国空间科学技术》【年(卷),期】2012(032)005【总页数】7页(P54-60)【关键词】空间环境;多因素协同;效应分析;航天材料;航天器【作者】沈自才;邱家稳;丁义刚;刘宇明;赵春晴【作者单位】北京卫星环境工程研究所可靠性与环境工程重点实验室,北京100094;中国空间技术研究院,北京 100094;北京卫星环境工程研究所可靠性与环境工程重点实验室,北京 100094;北京卫星环境工程研究所可靠性与环境工程重点实验室,北京 100094;北京卫星环境工程研究所可靠性与环境工程重点实验室,北京100094【正文语种】中文1 引言航天器在轨运行期间所面临的空间环境包括真空、低温与冷黑、带电粒子辐射、太阳电磁辐照、空间碎片、微流星体及原子氧等［1-2］。
空间真空环境及其效应
航天器运行
航天器在空间真空环境中 运行，需要面对各种挑战 和效应。
空间探测器
空间探测器需要适应空间 真空环境，并进行各种科 学实验和探测。
02
空间真空环境中的物理效应
热力学效应
热传导
在空间真空环境中，由于缺乏气 体分子，热传导的机制受到限制
，导致物体散热困难。
热辐射
物体在空间真空环境中会通过热辐 射方式散热，因为空间中几乎没有 气体分子吸收和再辐射热量。
空间真空环境及其效应
目录
• 空间真空环境概述 • 空间真空环境中的物理效应 • 空间真空环境对航天器的影响 • 空间真空环境中的生命维持问题 • 空间真空环境的利用与挑战
01
空间真空环境概述
定义与特性
定义
空间真空环境是指宇宙空间中接近真 空的状态，其中气体非常稀薄，接近 于零。
特性
空间真空环境具有极低的压力、极低 的温度、高真空度、高洁净度等特点 。
参与反应。
辐射效应
电磁辐射
空间真空环境中存在大量的电磁辐射，如太阳光、宇宙射线等，这 些辐射对航天器和人类有潜在影响。
辐射剂量
在空间真空环境中，由于缺乏大气层的保护，航天器和宇航员会直 接暴露在高强度的电磁辐射下，需要采取措施减少辐射剂量。
辐射生物学效应
高强度的电磁辐射对生物体具有潜在的生物学效应，如影响DNA结构 、细胞代谢等，需要采取措施保护宇航员的健康。
真空环境下，电子设备中的电触点容易出现氧化和电弧放电现象，导致接触不良或 短路。
空间辐射对电子设备中的微电子芯片有潜在的威胁，可能导致芯片故障或数据丢失 。
对航天器推进系统的影响
空间真空环境下，推进剂在储罐 和管路中容易蒸发和泄漏，影响
3声音空间环境及效果
混响声场
• 混响声场则是一种能量密度均匀、在各个传播方 向作无规分布的声场即扩散声场。混响声场只能 在封闭空间中形成。 • 在这样的声场中任何一点所接收到的任一方向的 声能都是相同的。在这一声场中不仅有直达声， 而且还有大量反射声。它们相互交集在一起，彼 此密不可分。 • 当声源停止发声后，声音并不马上消失而要延续 一段时间，即混响。 混响现象是扩散声场的基本 特征。对混响状况的分析是研究这种声场特点的 基本方法之一。
空间透视效果
• 通过声音展示声源在空间中所处的位置， 以及是静止的还是运动的。
• 反映这种听感的就是所谓“声音的方位 感”，这是一种属于立体声范畴听觉感受。
• 反映这些特征的，在听觉上就是空间透视 感。用这一听感可能获得的声音效果就是 声音的空间透视效果。
空间环境效果
通过声音展示空间的环境状况，它 既可以展示空间内部（例如电影电视中的画内空间） 状况，也可以展示空间的外部（如画外空间） 状况。 由于声音的无限连续性，使它具有展 示叙事空间以外（画外空间）的能力。 在这一方面，声音比画面具有更强的 叙事功能和更大的艺术魅力。
实际空间环境
• 任何声音总是具有一定的空间环境特点；
• 实际的录音空间环境可能与事物发生的空间环境 相同或相似（如同期录音），也可能与之不同（如有些后
期配音）。
• 但无论实际录音空间环境的声学条件如何，最终 获得的声音都必须满足特定空间环境的要求，而 不管它是再现事物发生的空间环境，还是为满足 艺术要求而重新营造的某种声音意境。
• （2）直达声的持续时间完全取决于声源的辐射时 间。 • 声源的瞬态特性就决定了直达声的瞬态特性。瞬 态特性对声音的音质有着重要的影响。 • （3）直达声是人们判断声源位置和宽度的重要依 据之一。 • 由于“哈斯效应” 或称哈斯的“先入为主”效应， 实际上直达声抑制了反射声而成为判断声源位置 与宽度的重要依据。
空间环境辐射对卫星太阳能电池板灰污效应的地面模拟试验研究
新亚欧大陆桥运行不畅的原因及对策探讨①张艳玲刘崇献②（北京物资学院，北京101149）摘要：从理论上看，新亚欧大陆桥在地理位置、潜在市场驱动、物流运输等方面相对西伯利亚大陆桥都有着极强的竞争力。
但自开通以来，却存在着通道拥堵、返空箱率高、竞争力弱等各种问题，真正横跨亚欧的“黄金运输通道”并未形成。
本文从运费、沿线国家轨距问题、物流信息服务能力等几方面分析了亚欧大陆桥运转不畅的原因，并提出了相应的对策建议。
关键词：新亚欧大陆桥；优势；运转不畅；原因；对策一、新亚欧大陆桥理论上具备明显的优势（一）地理优势首先，运输距离上的优势。
新亚欧大陆桥是连接亚欧两大制造业中心距离最短的陆路物流通道，它比西伯利亚大陆桥缩短陆上运距2000-5000公里，比海运距离更是缩短了上万公里，运行速度也比海运快。
其次，地理位置和气候条件优越。
整个陆桥避开了高寒地区，港口常年无封冻期，吞吐力强，东方桥头堡自然条件好，一年四季可以不间断作业。
再次，辐射面广。
新亚欧大陆桥辐射亚欧30多个国家和地区，居住人口占世界总人口的75%1。
作为一条连接亚欧大陆，沟通太平洋与大西洋的国际运输通道，新亚欧大陆桥被誉为“现代丝绸之路”和“黄金走廊”。
（二）贸易驱动优势后金融危机时代，全球范围内正进行着新一轮产业布局的调整，东北亚、中亚、中北欧不断推进产业分工合作，为新亚欧大陆桥的发展带来了巨大的贸易驱动力。
包括以能源、原材料生产和出口为主要特征的中亚内陆五国向东必须借助新亚欧大陆桥实现资源的出口所带来的贸易驱动，中日韩等国与中亚、欧洲商贸往来形成的贸易驱动等。
新亚欧大陆桥作为贯穿东中西的物流走廊，其发展的实质是形成具有战略意义的经济走廊。
（三）物流运输优势①本文属于北京市教委2011年度人才强教深化计划项目—京津冀地区贸易与经济发展模式研究学术创新团队（编号：PHR201106139）项目和北京市优秀人才培养资助项目研究成果。
②张艳玲，北京物资学院2012级国际贸易学硕士研究生；刘崇献（通讯作者），北京物资学院经济学院副教授，经济学博士。
空间等离子体环境效应
电离层等离子体也受太阳活动影响很大。
发生太阳耀斑时，日冕辐射出大量X射线、 紫外线和高能粒子与高层残余大气发生 相互作用，造成电离层电离度增加，电 离层结构破坏，使电离层呈混乱状态， 层次不清，造成短波通信受到严重破坏 甚至中断，这种现象叫做电离层暴。
三、航天器带电
带电是造成航天器在轨故障与失效的重
二、空间等离子体环境
1、 空间等离子体的形成 太阳和恒星都是热的几乎全部是电离的，星际
空间由于恒星辐射的作用，也是电离的，地球 上空从60km开始，残余大气也开始电离，这就 意味着宇宙空间充满了等离子体。在太阳系， 空间等离子体的形成主要来源于太阳。太阳是 影响日地空间的电磁辐射和粒子辐射的来源。 太阳的活动性改变了太阳的辐射和粒子输出， 造成日地空间等离子体环境的相应变化。
2.2 磁层等离子体： 一般认为在距地球表面1000km以上到磁层边界，
残余大气基本是完全电离的，带电粒子运动基 本上受地磁场控制，因此称为磁层。磁层是地 球控制的最外层区域，它直接与太阳风、行星 际磁场接触。磁层边界是太阳风与地磁场相互 作用形成的。当太阳风与地磁场相遇时，由于 太阳风电导率很高，不能穿透地磁场，从地磁 场边界周围扫过，使地球外层空间的磁场受太 阳风的压缩而变形。地磁场与太阳风之间的边 界形式由两者间的压力平衡决定。
等离子体环境与航天器带电一、等离子概述 1、等离子体的定义
等离子体是由带电粒子组成（也可包括
部分中性粒子），在电磁力作用下表现 出集体行为的一种准中性物质，被称为 物质的第四态。
按聚集态形式划分，物质有四种形态： 固态：粒子间的结合最紧密，粒子被结合力
（离子键、共价键、分子键、金属键）规则地 聚集在一起，形成空间点阵。粒子被束缚在固 定位置，不能随便移动。 液态：物质从外界获得的能量超过固态物质空 间点阵的结合能，空间点阵结构被破坏，粒子 仅在很小范围内、短暂时间中排列保持一定规 则性，叫做近程有序，粒子具有流动性。
空间真空环境及其效应1
完全没有气体的空间状态称为绝对真空，绝对真空实际上是 不存在的。
真空区域划分： 根据国军标GB3163-82，真空区划分为如下区段： 低真空：105～102Pa （0~50Km) 中真空： 102～10-1Pa （50~90Km) 高真空： 10-1～10-5Pa （90~330Km) 超高真空： ＜10-5Pa （330Km以上)
空间真空度随高度变化情况 海平面： 101308Pa 100km, 2.64×10-2Pa; 500km, 9.52×10-8Pa 200km, 7.50×10-5Pa; 600km, 4.12×10-8Pa 300km, 5.96×10-6 Pa;700km, 1.85×10-8Pa 400km, 8.69×10-7 Pa; 800km,1.03×10-8Pa
2、真空放电效应
真空放电效应发生在103Pa～10-1Pa低真空范围。 当电极之间发生自激放电时称为电击穿。对于航天 器发射上升阶段必须工作或通电的电子仪器，应防 止任何放电的可能。
（短路故障）
当真空度达到10-2Pa或更高时，在真空中分开一定 距离的两块金属表面受到具有一定能量的电子碰撞 时，会从金属表面激发出更多的次级电子，形成微 放电。
③渗透气体通过固体材料释放出来 分子污染 航天器材料在空间真空环境下出气，通 过分子流动和物质迁移而沉积在航天器其他部位上 造成的污染，称为分子污染。 严重的分子污染会降低观察窗和光学镜头的透明度， 改变热控涂层的性能，减少太阳能电池的光吸收率， 增加电器元件的接触电阻等。
空间环境和航天工程
空间环境和航天工程叶宗海(中国科学院空间科学与应用研究中心，北京，100080)摘要概要描述近地空间环境对航天活动的影响，主要介绍高层大气、高能带电粒子、空间等离子体、空间碎片和微流量等空间环境对航天器轨道和姿态的影响，以及辐射损伤、机械损伤、化学损伤、航天器表面充放电、硬软错误、通信和测控的干扰等，评述国内外在研究上述这些影响的现状与进展，以及防止和减少这些影响的对策与措施。
关键词：空间环境，航天器故障，故障防护与对策。
1引言这里所指的空间环境是近地空间环境，近地空间是航天器最多、最活跃的区域。
在这一区域航天器所遭遇的环境有：高层大气、地磁场、地球重力场、高能带电粒子(银河宇宙线、太阳宇宙线、地球辐射带)、空间等离子体(电离层、磁层等离子体、沉降粒子)、太阳电磁辐射、微流星、空间碎片等。
这些空问环境直接关系到人类的生产活动与生活，特别是对曰益发展的航天活动、军事活动、通讯与导航系统，以及地面技术系统等都有着重要影响。
高层大气会影响航天器的轨道、姿态、温度改变，原子氧会引起航天器表面材料的剥蚀；高能带电粒子环境会使航天器的材料、器件、太阳电池、航天员等产生辐射损伤，使微电子器件和设备产生单粒子效应，使其出现软硬错误；空间等离子体会使航天器表面和深层介质充放电，导致航天器内产生电磁干扰引发航天器故障；空间碎片和微流星环境会使航天器及其设备产生机械损伤等等。
据统计，1971年2月至1986年11月美国卫星出现的1589次异常事件中，70％与卫星所处的空间环境有关，空间环境直接诱发的异常事件占16．7％，国内外的卫星故障分析表明，在所有卫星故障中，空间环境诱发的故障约占40％“’“。
例如，在1989年3月太阳上发生的一系一32—列大爆发，曾导致地球上西半球近60次的短波通讯中断或衰减，3月10日发生的一次7．5小时长寿命太阳爆发，伴随有高通量的太阳质子流；产生了长时间的地磁暴；因这一事件导致美国气象卫星一度中断向地面发送云图，导航卫星几天不能正常工作，军事系统跟踪的几千个空间目标近于失踪；由于沉降粒子注入使大气密度增加，低轨卫星受到异常加大的阻力，姿态几乎失去控制。
空间辐射环境单粒子效应研究
万方数据 万方数据 万方数据航天器环境工程２００７年第２４卷２５４ｃｍ，工作区域为１５．２ｃｍ×２５．４ｃｍ。
如果试验安装板大于２５．４ｃｍ×２５．４ｃｍ，则板不能旋转，但也能使用。
一般试验最多可安装２０个器件。
束流密度范围一般是Ｉｏｚ～１０ｃｍ。
·ｓ～，注量一般是１０３～１０”ｃｍ｜２，所以试验时间为１０～１０３ｓ。
束斑直径西２～３０ｍｍ。
样品板安装机构照片如图１。
图１ＢｓＥｕＴＦ设各样品板安装机构图Ｆｉ９１Ｍｏｕｎｄ“ｇｓａｍｐＩｅｓｔｏｔｌｌｅ鲫ｐｌｅｈｏＩｄｅｒｉｎｔｈｅＢｓＥｕ耶Ｆａｃｎ崎（２）ＬＢＬ（ＬａｗｒｅｌｌｃｅＢｅｒｋｅｌｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙ）的回旋加速重离子单粒子效应辐照设备ＬＢＬ的２．２４ｍ回旋加速设备把回旋加速器与ＥｃＲ离子源组合起来。
ＥｃＲ离子源提供荷质比相近的混合离子；回旋加速器本身作为质量分析器分离各种离子，从而实现不同离子的切换，使被辐照器件在几分钟内改变ＬＥＴ值。
束流强度改变主要通过在ＥＣＲ源出口加各种散射板获得，变化范围达９个数量级。
辐照束斑可调范围毋１～１０ｃｍ。
提供重离子的ＬＥＴ值范围０．０ｌ～９８Ｍ“，·ｃｍ２／ｍｇ，质子能量变化范围１～５５Ｍｅｖ。
Ａｅｍｓｐａｃｅ公司在该设备终端建立了一个专门做ＳＥＥ试验的靶室。
（３）ＴＡＭＩＪ（ＴｅｘａｓＡ＆ＭＵＩｌｉｖｅｒｓ时）回旋加速器重离子单粒子效应试验设备ＴＡＭｕ的ＳＥＥ试验设备提供重离子的ＬＥＴ值范围是０．０ｌ～９３．４Ｍｅｖ·ｃｍ２／ｍｇ。
离子切换时间一般小于ｌｈ。
通过磁散焦、薄膜散射磁扫描技术，器件得到很均匀的辐照，束流调节范围达几个数量级。
设备配备较精密的束性能测试系统。
辐照过程可实现程序化全自动控制。
设备提供各种计算机接口，并且提供用户单粒子效应监测软件包。
３．１．２高能质子辐照试验设备最近，高能质子在复杂器件中产生的单粒子翻转和锁定日益引起研究关注。
地球空间概论--重点
地球空间1，地球空间：靠近行星地球的、受太阳辐射变化直接影响的空间区域。
内边界大约距离地球表面60公里，外边界是太阳风与地磁场相互作用形成的。
2，地球空间构成：中高层大气、电离层、等离子体层、磁层3，研究临近空间（20~100公里）的大气的重要性：亚轨道飞行器的飞行范围（仍受到地球引力牵引，但在一定时间能体验到失重）载人航天器气动加热严重的区域中程导弹飞行空间亚轨道旅游对地观测军事侦察4，臭氧层：大气层的平流层中臭氧浓度相对较高的部分，其主要作用是吸收短波紫外线。
距地面15~50千米高度的大气平流层，集中了地球上约90%的臭氧，这一区域被成为臭氧层。
臭氧层分布在离地20~50千米的高空，臭氧主要是紫外线产生的。
5，联合国相关组织，1985年法曼南极臭氧，1995年罗兰-莫里那理论，1995年诺化奖6，热层的加热源：吸收太阳紫外辐射和X射线（最重要）带电粒子加热（高纬地区）电离层电流加热（高纬地区）7，大气密度日变率：40公里以下：〈6%50~100公里：10~25%100公里以上：随太阳活动和地磁活动而变化；在磁暴发生几小时后，密度可增加几倍甚至达10倍。
8，高层大气密度随太阳活动变化：原因：太阳紫外辐射增强，且被高层大气吸收；变化幅度：340km：10倍500km：50倍电离层：1，什么是电离层：2，电离层结构3，电离层扰动4，电磁波在电离层中的传播5，当前电离层研究重点1，电离层：地球高层大气的一部分，因受太阳的紫外线、X射线和带电粒子辐射而电离。
是地球大气中自由电子密度足以对无线电波传播产生显著影响的区域。
高度范围：60~1000 km2,电离层的基本特性：具有足够数量的自由电子和离子，显著地影响电磁波传播。
电离度底（~1%），相当多的大气分子和原子未被电离电子和离子的运动还部分地受中性风的影响3，影响电离层状态的主要因素电离过程：增大电荷密度；主要电离源是来自太阳的短波辐射与粒子辐射复合过程：减少电荷密度；与大气密度、风等因素有关4,电离层分层结构D层：（60~90km）主要电离源：太阳的拉曼a辐射和软X射线辐射夜间D层基本消失无线电波在这一层中的衰减严重（原因：大气较稠密，电子与中性粒子和离子的碰撞频繁）E层：（90~160km）电子密度峰值出现在105~110km之间。
论室内空间环境与人的关系
论室内空间环境与人的关系摘要：环境指的是围绕着人和一切生物的一切外在条件，包括自然环境、城市环境、社会环境、社会生活方式、文化心态以及社会的物质文明和精神文明等诸多方面的因素。
“山水有灵，天人和一”“人与天地相应”这是中国传统哲学中的宇宙观，这不仅说明了人和自然界的相互关系；也表达了环境和人类之间的相互依存、相互制约的关系。
关键词：环境；情感；人中图分类号：j05 文献标识码：ａ文章编号：1005-5312（2012）20-0074-01一、环境的感知效应环境的感知效应对室内设计发展的影响主要在于为人们创造一个良好的合理的生活和工作环境。
其本质是人们为进行各种生存活动而对环境进行改造，创造出物质、精神特性上与人相通的环境，以支持人类生存的各种意义。
室内环境应当满足人们在生理上、心理上的各方面要求，应有舒适的功能设施、良好的空间视觉形象、合理的温度与湿度，必要的风速，新鲜的空气，充足的光线和不受周围环境的热、光辐射与噪声干扰的不利影响。
要想室内达到好环境，就必须使人的感觉效应达到最佳的状态。
室内环境具有以人为主体的空间的基本属性和特性，它是由特定的环境空间同感觉它的人之间产生的相互关系所形成的。
空间环境的主体是活动着的人，而环境的感知效应是人与空间环境的媒介。
它所产生的形式特性与其主题的象征性、文化内涵有着必然地联系。
我们所进行的室内设计只是将生活世界的各种因素反映在室内的空间形态、界面、结构、陈设等感觉体上，使得这种空间具有很强的感知效应，成为了一种载有人的情感意识的感觉空间。
当人们处于这样的空间中，由于形式与内容的统一而使人不自觉地将该空间与历史进程、社会环境、文化心态等模式联系在一起，当形式和内容与人们活动的心理状态相吻合时，该室内空间便能支持人们活动时的情感，使心理的结构稳定。
此时的室内空间环境与人的关系是和谐的，人们会产生归宿感、安全感、舒适感。
要处理好室内环境与人的关系，使人的感知效应达到最佳状态则需要室内设计师的精神创造，室内设计师在进行室内设计中要研究人们的环境心态、这样对空间的形式进行创造时，就会使空间的形式具有精神的成分，具有情感的意识。
空间辐射环境模拟装置与空间辐射生物效应研究进展
4基金项目：国家自然科学基金面上项目(11975283)；国家自然科学基金联合基金项目(U1632271)；国家重大研发计划项目(2021YFA1601400)作者介绍：沈程（1995-），男，博士研究生，E-mail:*******************.cn；刘文静（1986-），博士，副研究员，E-mail:***************.cn。
*沈程和刘文静在本工作中做出了同等贡献。
通信作者：杜广华，男，中国科学院近代物理研究所，研究员，E-mial:***************.cn空间辐射环境模拟装置与空间辐射生物效应研究进展沈程1, 2, #，刘文静1, #，吴汝群1，郭金龙1，牟宏进1，张磊1, 2，赵灿1，毛光博1，杜广华1 2*（1.中国科学院近代物理研究所，甘肃，兰州，730000；2.中国科学院大学，北京，100049）Abstract: The high-energy ionizing radiation exposed to astronauts in the outer space come mainly derived from solar particle events, galactic cosmic rays and high-energy ions in the Earth's capture belt and their secondary radioactive particles. Space radiation exposure is characterized by low dose rates, multi-element radiation, and high linear energy transfer (LET), which are the main risk factors faced by astronauts during long-term space exploration missions in deep space. Space radiation simulation facilities at the ground-based high-energy accelerators and the study of the biological effects of space radiation are of great importance to the scientific grounding for space radiation risk assessment. As an advanced irradiation facility that can provide precise targeted irradiation with single ion, single-ion microbeam is a unique platform for biological effect research that simulates high-energy radiation conditions in space. This paper first introduces the radiation environment for near-Earth missions and deep space exploration, as well as particle accelerator facilities available in the world to carry out ground-based simulations of space radiation in recent years. Finally, the high-energy microbeam facility of Heavy Ion Research Facility in Lanzhou and its application in space radiation biology are introduced. .Progress in Ground-based Simulation Facilities for Space RadiationEnvironment and Their Biological Effects ResearchSHEN Cheng 1, 2, #, LIU Wenjing 1, #, WU Ruqun 1, GUO Jinlong 1, MOU Hongjin 1, ZHANG Lei1, 2, ZHAO Can 1,MAO Guangbo 1, DU Guanghua 1 2*(1. Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou, Gansu,730000.2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100049)摘要：空间环境中宇航员受到的高能辐射主要来源于太阳粒子事件、银河宇宙射线和地球捕获带中的高能离子及其次生放射性粒子。
和田绿洲土地利用变化空间耦合及其环境效应
和田绿洲土地利用变化的空间耦合及其环境效应1.本文概述随着全球气候变化和人类活动对环境的影响越来越大，土地利用变化已成为全球环境变化研究的重要领域。
特别是对于中国新疆和田绿洲等干旱地区，土地利用变化对其生态环境的影响尤为显著。
和田绿洲作为典型的干旱绿洲，其独特的地理位置和生态环境使研究土地利用变化的空间耦合和环境效应具有重要的科学意义和现实价值。
本文旨在通过遥感技术和GIS分析，探讨和田绿洲近几十年土地利用变化的空间耦合特征及其对区域生态环境的影响。
本研究首先对和田绿洲土地利用变化进行了详细的历史数据分析，然后运用空间分析方法研究了土地利用变化与地形、水文、气候等自然因素之间的空间耦合关系。
此外，本文还将评估这些变化对绿洲生态环境的直接影响，包括对水资源、土壤质量、生物多样性和区域气候的影响。
本文的研究成果不仅有助于更深入地了解和田绿洲土地利用变化的过程和机制，而且对制定有效的区域生态保护和可持续发展战略具有重要的参考价值。
本文的研究方法和结论也可为其他干旱绿洲地区土地利用变化研究提供参考和指导。
2、和田绿洲概况和田绿洲位于新疆维吾尔自治区南部，塔里木盆地南缘。
位于塔克拉玛干沙漠以北，昆仑山脉以南，地理坐标约为北纬3520至3938，东经7708至8230。
这种独特的地理位置使和田绿洲成为连接南疆与内地的重要通道，也是丝绸之路的重要组成部分。
绿洲的地质结构主要由新生代沉积物组成，这些沉积物主要是河流冲积和风沉积的结果。
从地形上看，和田绿洲呈现典型的扇形地貌，这是昆仑山脉冰川融水从山口流出后携带的大量沉积物逐渐沉积形成的。
扇形地貌有利于地下水的储存和植被的生长，为绿洲农业提供了有利条件。
和田绿洲属于典型的温带大陆性干旱气候。
年降水稀少，主要集中在夏季，年降水量一般在50毫米以下。
夏季气温高，冬季寒冷，昼夜温差大。
这种极端的气候条件对绿洲的农业生产和生态环境提出了严峻的挑战。
绿洲的水资源主要依靠昆仑山脉的冰川融水，由喀喇喀什河和玉龙喀什河补给。
我国空间环境及效应研究新需求与发展对策思考
第 40 卷第 4 期航 天 器 环 境 工 程Vol. 40, No. 4 2023 年 8 月SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING437 https:// E-mail: ***************Tel: (010)68116407, 68116408, 68116544我国空间环境及效应研究新需求与发展对策思考王 健1，郭 康2，李 媛3，高 欣1，冯展祖1，王亚龙1（1. 兰州空间技术物理研究所，兰州 730000；2. 中国航天科技集团有限公司，北京 100048；3. 北京卫星制造厂有限公司，北京 100094）摘要：空间环境及效应是航天器在轨可靠运行须面临的重要挑战，其可能引起航天器材料、器件在轨性能退化甚至失效。
航天商业化的发展以及航天技术的快速发展和多样性任务等对空间环境及效应研究提出新的需求。
文章通过分析各国在空间环境及效应领域的政策、计划、研究成果及发展趋势，对比分析我国空间环境及效应研究长期发展的需求，总结紧跟国际前沿技术的空间环境领域研究要点，提出我国未来空间环境工程发展的对策和相应措施建议。
关键词：航天器；空间环境；环境效应；发展趋势；对策建议中图分类号：V520文献标志码：A文章编号：1673-1379(2023)04-0437-09 DOI: 10.12126/see.2023003The new demands and development strategies for research onspace environments and effects in ChinaWANG Jian1, GUO Kang2, LI Yuan3, GAO Xin1, FENG Zhanzu1, WANG Yalong1(1. Lanzhou Institute of Physics, Lanzhou 730000, China;2. China Aerospace Science and Technology Corporation, Beijing 100048, China;3. Beijing Spacecraft Manufacturing Co., Ltd, Beijing 100094, China)Abstract: Space environment and their effects may cause performance degradation and even failure of the spacecraft materials and devices in orbit, which pose an important challenge for the reliable operation of spacecraft in orbit. The space commercialization and the rapid development of space technology put forward new demands on the research of space environments and effects. By analyzing the policies, plans, research results and development trends of various countries in the field of space environments and effects, this article firstly analyzes the demands for the long-term development of the study of space environments and effects in China, then summarizes the key points in the field of space environmental research closely following the international cutting-edge technology, and finally put forward the strategies and sugestions for China’s future development of space environmental engineering.Keywords: spacecraft; space environment; environmental effects; development trend; strategy and suggestions收稿日期：2023-01-06；修回日期：2023-08-21引用格式：王健, 郭康, 李媛, 等. 我国空间环境及效应研究新需求与发展对策思考[J]. 航天器环境工程, 2023, 40(4): 437-445 WANG J, GUO K, LI Y, et al. The new demands and development strategies for research on space environments and effects in China[J]. Spacecraft Environment Engineering, 2023, 40(4): 437-4450 引言空间环境是指影响人类活动的、距地面几十km 高度以上直至太阳的广阔空间内的环境，涵盖的区域包括地球高层大气、电离层、磁层、行星际空间以及太阳活动区域，其中含有各种成分的带电粒子和中性粒子、各个波段的电磁辐射、电磁场、微流星体和空间碎片等，是卫星、飞船和空间站等航天器的运行环境，也是导航、定位、通信等卫星业务的路径环境。
空间辐射环境
八、空间等离子体环境与其效应
• 是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产 生的正负电子组成的离子化气体状物质，它广泛 存在于宇宙中。主要分布于电离层以上（70km～ 3000km） • 空间高温等离子体(带电粒子能量在几万电子伏以 上)使卫星充电，与等离子体的电位差可达10kv。 这使卫星各部件之间产生放电现象。放电中发出 的电磁辐射将干扰卫星正常工作，还可将卫星的 部件击穿，造成永久性损坏。 • 等离子体环境对轨道上运行的卫星会引起卫星附 加电阻力，使探测仪器产生假信号，高压太阳阵 电源系统漏电、大型天线增益下降和指向精度减 小等。
• 微流星体通常指直径在1mm以下、质量在 1g以下的固体颗粒，它们在太阳引力作用 下运动，其速度相当于地球的平均速度， 约为10～30km/s，最大速度可达72km／s。 • 由于微流星体的速度很快，当它与航天器 相撞时，释放出巨大的能量，对航天器有 很大的危害。（沙蚀、影响太阳能电池效 率；产生裂痕和撞击）
二、空间高能带电粒子环境与其效应
• 地球和木星辐射带的高能带电粒子，银河 宇宙线和太阳耀班喷发出的太阳宇宙线，主 要由高能质子组成，它的能量高，有一定的 贯穿能力和破坏能力。 • 总剂量效应 • 单粒子事件效应（翻转效应、锁定效应） • 航天器在宇宙航行中场环境与其效应
空间环境及其效应
丁言虎
• 航天器从运输、发射、人轨、返回地面，要经受 各种环境的考验，特别是在空间长期运行期间， 会遭遇很复杂的空间环境。 • 美国1965—1986年发射的航天器发生了近2000 个异常现象与故障。美国“探险者”14号、15号、 “电星一号”由于空间辐射而损坏。“阿波罗13 号”的失败，原苏联“联盟11号”在返回途中三 名航天员的死亡，以及欧洲、日本、中国发射的 航天器也出现了各种各样的故障。这些故障很大 程度上与环境有关。
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五、空间原子氧环境与其效应
• 原子氧是低地球轨道大气的重要成分，美 国航天飞机的发射，使人们逐步认识到原 子氧环境的严重效应。特别对永久性空间 站，是必须考虑的一项重要环境。 • 在200-700km高度范围，大气的主要成分 是原了氧。原了氧对有机物与碳照会产生 质量损失，对银涂层产生氧化反应。
六、空间微流星环境与其效应
• （三）辐射传热效应 在真空环境下，航天器与外界的传热主要 通过辐射形式，它表面的辐射特性对航天器 的温度控制起着重大作用。航天器中静态接 触的部件，由于表面存在微小不均匀性和它 们之间的真空空隙，使接触热阻增大。
• （四）真空出气效应 在高于10-2Pa的真空度下，气体会不断地从材料 表面释放出来。 卫星材料在真空下消气，使高温处吸附的气体 转移到低温处，造成低温表面污染，改变表面的性 能。严重的污染，会降低观察窗和光学镜头的透明 度、改变温控涂层的性能、减少太阳能电池的光吸 收率以及增加电气元件的接触电阻等。
• (二)真空放电效应 ’ 当真空达到10-2Pa或更高时，在真空中分开一 定距离的两个金属表面，在受到具有一定能量的 电子碰撞时，会从金属表面激发出更多的次级电 子。它们还可能与两个面发生来回多次碰撞，使 这种放电成为稳定态，这种现象称为放电。它会 使金属受到侵蚀，引起温度升高，使附近压力升 高，甚至会造成严重的电晕放电。射频空腔、波 导管等装置，有可能由于微放电面使其性能下降， 甚至产生永久性失效。
四、空间冷黑环境与其效应
• 不考虑太阳与行星的辐肘．宇宙空间的能量密度 约为10-5w／cm2，相当于温度为4K的黑体发出的 热量。在太空，卫星体的热辐射全被太空所吸 收．没有二次反射，这—环境称为冷黑环境，又 称热沉。 • 卫星上可伸缩性的活动机构，如太阳帆板、天线 等，由于冷黑环境效应，会使展开机构卡死，影 响其伸展性能。 • 卫星上某些有机材料在冷黑环境下会产生老化和 变脆，影响材料的性能。
七、空间碎片环境与其效应
• 人类太空活动造成的。（停止工作的航天器、未 排完推进剂的助推火箭末级 、碰撞爆炸产生的碎 片、反卫星试验、固体火箭排出的氧化铝颗粒） • 对航天器的危害 ①舱壁穿孔； ②威胁舱外活动的航天员； ③损坏脆性体表面； ④温控涂层剥落； • ⑤温控涂层性能改变； • ⑥太阳电池阵损坏。
• 微流星体通常指直径在1mm以下、质量在 1g以下的固体颗粒，它们在太阳引力作用 下运动，其速度相当于地球的平均速度， 约为10～30km/s，最大速度可达72km／s。 • 由于微流星体的速度很快，当它与航天器 相撞时，释放出巨大的能量，对航天器有 很大的危害。（沙蚀、影响太阳能电池效 率；产生裂痕和撞击）
• （五）材料蒸发、升华和分解效应 空间材料的蒸发、升华会造成材料组分的变化，引起材 料质量损失，造成有机物的膨胀,改变材料的性能，引起自污 染等。 • (六)粘着和冷焊效应 粘着和冷焊效应一般发生在10-7Pa以上的超高真空环境 下。这种现象可使航天器上的一些活动部件出现故障，如加 速轴承磨损而使其工作寿命减少；使电机滑环、电刷、继电 器和开关触点接触不良，甚至使航天器上一些活动部件出现 故障；使天线或重力梯度杆展不开，太阳电池帆板、散热百 叶窗打不开等。
一、空间真空环境与其效应
• 航天器入轨后始终运行在高真空与超真空环境中， 所产生的效应如下。
• • • • • • • • 压力差效应 真空放电效应 辐射传热效应 真空出气效应 材料蒸发、升华和分解效应 粘着和冷焊效应 空间大气密度对航天器的阻尼效应 真空下材料出气污染效应
• （一）压力差效应 压力差效应在10-5—10-2Pa的粗真空范 围内发生。真空环境可能使密封舱变形或 损坏，使储罐中校体或气体的泄漏增大， 缩短了使用时间。
பைடு நூலகம்
二、空间高能带电粒子环境与其效应
• 地球和木星辐射带的高能带电粒子，银河 宇宙线和太阳耀班喷发出的太阳宇宙线，主 要由高能质子组成，它的能量高，有一定的 贯穿能力和破坏能力。 • 总剂量效应 • 单粒子事件效应（翻转效应、锁定效应） • 航天器在宇宙航行中需要采取措施以进行防护。
三、空间弱磁场环境与其效应
八、空间等离子体环境与其效应
• 是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产 生的正负电子组成的离子化气体状物质，它广泛 存在于宇宙中。主要分布于电离层以上（70km～ 3000km） • 空间高温等离子体(带电粒子能量在几万电子伏以 上)使卫星充电，与等离子体的电位差可达10kv。 这使卫星各部件之间产生放电现象。放电中发出 的电磁辐射将干扰卫星正常工作，还可将卫星的 部件击穿，造成永久性损坏。 • 等离子体环境对轨道上运行的卫星会引起卫星附 加电阻力，使探测仪器产生假信号，高压太阳阵 电源系统漏电、大型天线增益下降和指向精度减 小等。
• 空间环境很复杂。包括真空、冷黑、太阳 辐照、弱磁场、粒子辐照、磁层亚暴、微 重力、原子氧、微流星、电离层等离子体 等环境。
• 各种环境对航天器及其分系统、组件与材 料产生不同的效应。
• 地球大气层厚度约在1000km以上，随高度 的不同表现出不同的特点，主要分为对流 层（10-20km）、平流层(20-50km)、中间 层（50-85km）、暖层(100-800km)、散逸 层。
十、空间磁层亚爆环境与其效应
• 磁层亚爆是磁层的高纬地区夜半侧和磁尾 的强烈扰动。扰动区域包括整个磁尾、等 离子体片及极光带附近的电离层，持续时 间约1—2h。 • 当磁层发生亚爆时，航天器与热等离子体 相互作用，能量高达几千甚至几万电子伏 的电子，积累在表面可使航天器表面的负 电位达到几千伏，甚至上万伏。造成航天 器的充电放电效应。
• (七)空间大气密度对航天器的阻尼效应 大气密度随高度的增高迅速降低，虽然200km的 高空真空度为10-4Pa，密度只有3X10-13g／m3左 右，但对航天器的阻尼效应仍不能忽视。大气对航 天器作用力的大小与大气密度成正比，在高轨道上 运行的航天器，阻尼小，轨道寿命较长；反之，轨 道寿命短。
九、空间微重力环境与其效应
• 如果航天器不是一个纯质点，且有其他星 球引力的作用，因此，航天器总是处于微 重力条件下(约有10-4g大小的重力加速度)。 • 对航天器的姿态及轨道稳定性有影响，需 要不断校正，近地卫星更是如此。 • 对航天员的生理健康有影响，易疲劳。 • 微重力使航天器的结构设计发生了变化， 可采用轻质柔性结构，可用很小的力来移 动伸展大型构件。
• 磁场的强度和方向是宇宙空间很重要的环境参数。 在星际空间或磁层内离地球几个地球半径以外的 区域，磁场较弱，只有几个到几百个纳特。卫星 受外磁场产生的力矩作用，使卫星扭转。 • 实测结果表明，“先锋1号”卫星在2年多的时间 里．自旋率从每秒两周半降到约每30s一周。因此， 低轨道卫星，特别是需要进行长时间工作的、姿 态精度要求比较高的航天器，必须考虑磁场的影 响。 • 此外，还可以考虑利用空间磁场对航天器进行姿 态控制。
• 总之，空间环境极其复杂，各种环境效应 其成因及变化规律都需要仔细研究，并用 来指导航天器的设计制造以及运行。
The end ,thanks
• （八)真空下材料出气污染效应 材料在真空状态下都会出气，它包括材料放出 所吸收的气态生成物、吸收的气体或材料本身的分 解物。发动机的尾流也是一种污染源，其污染程度 随真空度的增加面增加。 由于污染，飞行期间光学系统的性能下降，太 阳能吸收率发生变化，使航天器的平均温度增加， 带来某些性能故障。
空间环境及其效应
丁言虎
• 航天器从运输、发射、人轨、返回地面，要经受 各种环境的考验，特别是在空间长期运行期间， 会遭遇很复杂的空间环境。 • 美国1965—1986年发射的航天器发生了近2000 个异常现象与故障。美国“探险者”14号、15号、 “电星一号”由于空间辐射而损坏。“阿波罗13 号”的失败，原苏联“联盟11号”在返回途中三 名航天员的死亡，以及欧洲、日本、中国发射的 航天器也出现了各种各样的故障。这些故障很大 程度上与环境有关。