空间环境及其对航天活动的影响

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空间环境对卫星和航天器的影响和保护

空间环境对卫星和航天器的影响和保护随着现代科技的不断发展，卫星和航天器的应用越来越广泛，并成为现代社会的重要基础设施之一。

然而，在太空运行过程中，卫星和航天器必须经过各种复杂的空间环境考验，如大气层、辐射、磁场、微重力环境等，这些环境都对其性能和寿命产生了深刻影响。

因此，为确保卫星和航天器能够安全、可靠地运行，就需要采取各种措施来保护它们免受空间环境影响。

一、空气动力环境对卫星和航天器的影响及保护空气动力环境是指卫星和航天器在运行过程中遇到的空气阻力、气动力、热辐射等环境。

空气动力环境对卫星和航天器的运行稳定性和寿命产生影响，其中比较显著的影响是空气阻力带来的速度减速和轨道高度的衰减。

因此，在设计卫星和航天器时需要考虑降低空气阻力，减缓轨道高度衰减的速度。

首先，可以采用避免阻力，减小阻力、减小有效面积或增加较大动力等措施来降低空气阻力。

其次，利用高温材料和隔热材料来保护卫星和航天器。

这样可以减小因为机身表面的热辐射而带来的损毁，减少卫星和航天器在高速运动过程中的热损伤或红外辐射。

同时，在卫星和航天器的设计中可以增加保护罩、降低载荷等措施来减小表面积，降低电磁阻力。

二、放射环境对卫星和航天器的影响及保护放射环境是指太空中的带电粒子和高能粒子所形成的辐射区域，当卫星和航天器运行过程中，会被带电粒子和高能粒子剧烈碰撞，从而产生剂量、损伤和辐射效应。

放射环境是一种高强度威胁，长期的放射影响可能导致卫星和航天器性能的降低、物理损伤和电子损坏。

为降低放射环境的影响，可以采用多重屏蔽防护措施，这种方法可以降低带电粒子的动能、延长其到达载荷的时间，并以此减少带电粒子对载荷/payload结构的碰撞，减轻电子损伤和细化放射物质的沉积。

同时，在卫星和航天器的设计过程中应选择更加抗辐射的材料，并对内部的电子元件进行涂层、封装处理，在有效减少电子组件损坏的同时，还可以提高载荷的影响度和灵敏度，提高卫星的性能。

三、磁场环境对卫星和航天器的影响及保护磁场环境是指地球磁场和太阳风等天体物理环境对卫星和航天器的影响。

大型空间对航天器在轨服务的影响

大型空间环境对航天器在轨服务的影响航天器从运输、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，会遭遇很复杂的大型空间环境。

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大型空间环境有关。

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。

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：1.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。

2.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。

3.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。

4.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。

空间环境对航天器性能的影响

空间环境对航天器性能的影响当我们仰望星空，想象着航天器在浩瀚宇宙中穿梭时，可能很少会去思考它们所面临的严峻环境挑战。

实际上，空间环境对于航天器的性能有着至关重要的影响。

首先，太空的真空环境是航天器必须应对的一大难题。

在地球上，我们生活在有大气压力的环境中，而太空几乎是完全真空的。

这种真空环境会导致航天器表面的材料蒸发和升华，从而影响其结构和性能。

例如，一些用于密封和润滑的材料可能会迅速挥发，导致部件磨损加剧，甚至失效。

温度的极端变化也是一个严峻的考验。

在太空中，航天器会直接暴露在太阳的强烈辐射下，一面可能会被加热到极高的温度，而另一面则由于没有阳光照射而极度寒冷。

这种巨大的温差会使航天器的材料产生热胀冷缩，可能导致结构变形、开裂，甚至影响电子设备的正常运行。

为了应对这种情况，航天器通常会采用特殊的隔热材料和热控系统来维持合适的工作温度范围。

宇宙射线和高能粒子的存在同样不容忽视。

这些射线和粒子具有很强的穿透能力，可能会对航天器的电子设备造成损害，导致数据错误、系统故障甚至设备完全损坏。

长期暴露在这种辐射环境中，还可能会使航天器的材料发生老化和性能退化。

为了减少辐射的影响，航天器会采用屏蔽材料来阻挡射线和粒子，但这并不能完全消除辐射的危害。

微流星体和太空碎片也是潜在的威胁。

尽管它们的个体很小，但在高速运动的情况下，它们撞击航天器时产生的能量极大。

哪怕是一个微小的撞击，也可能会在航天器表面造成凹痕、穿孔，损坏关键部件。

为了应对这种风险，航天器的外壳通常会采用坚固的材料，并配备监测和预警系统，以便及时采取措施避免严重的撞击。

空间等离子体环境也会对航天器产生影响。

等离子体中的带电粒子可能会干扰航天器与地面的通信，导致信号衰减、丢失或失真。

此外，等离子体还可能在航天器表面积累电荷，引发静电放电，从而损坏电子设备。

除了上述直接的物理影响，空间环境还会通过间接的方式影响航天器的性能。

例如，长期的太空任务会对宇航员的身心健康产生影响，从而间接影响航天器的操作和维护。

太空自然环境影响航天活动

【博览】I太空探索太空自然环境影响航天活动文/宁艳王文梅2020年，世界航天的深空探测步伐没有因为新冠肺炎疫情的影响而停滞不前。

尤其是针对火星的探测，中国、美国、阿联酋纷纷发力。

与此同时，对飞行器所处太空环境的关注也与日俱增。

太空环境也称为空间环境，是指影响人类活动的、距地面几十公里高度以上直至太阳的广阔空间内的环境，涵盖的区域包括高层大气、电离层、磁层、行星际空间以及太阳活动区。

经长期研究发现，对各类航天活动产生影响的主要有以下几种太空自然环境。

真空环境飞行器处于太空高真空环境中，会受到压力差效应、真空放电效应、真空出气效应、分子污染效应、紫外辐照效应及黏着和冷焊效应等的影响。

其中需要重点考虑的是紫外辐照及分子污染效应的影响。

由太阳发出的紫外线有21%能不受阻碍地穿过地球大气层到达地球表面，31%被反射回太空，29%通过散射到达地球，19%作为热量被大气吸收，而在轨飞行器表面会完全暴露在太阳紫外线中。

紫外线中的单个光子具有的能量，足以使许多物质的有机化学键断裂，对飞行器产生各种影响，具体包括：使光学玻璃、太阳能电池盖片等改变颜色，影响光谱的透过率；会改变热控涂层的光学性质，使表面逐渐变暗，对太阳辐照的吸收率显著提高，影响飞行器的温度控制；波长小于300纳米的紫外线照射到飞行器金属表面，由于光电效应而产生许多自由电子，使金属表面带电，飞行器的表面电位升高，将干扰飞行器的电磁系统。

飞行器在高真空环境中，当真空度高于10_2P a时，气体会不断从材料表面释放出来。

例如原先在材料表面吸附的气体，在真空状态下从表面脱附；原先溶解于材料内的气体，在真空环境中从材料内向真空边界扩散，最后在界面上释&脱离材料；渗透气体通过固体材料释放出来。

这些从飞行器材料中脱离的物质沉f只在飞行器其他部位造成飞行器表面污染。

严重的分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，器元件的接触&中性粒子环境中性粒子环境的影响主要是中性大气环境的阻力效应及原子氧对飞行器产生腐蚀作用。

空间环境对飞行器的影响

由于空间环境所导致的飞行器异常或故障因素
器异常或故障占故障数的４％左右。ｏ通常，间环境对飞行器的影响可概括为以下空
几类：
（）１由带电粒子引起的辐射剂量、单粒子效应、
表面和深层充放电效应；
中，飞行器所在的磁层位置是一个重要参数，因此，
类，如表１所示。
（）间碎片和微流星７空
空间碎片又称轨道碎片、空垃圾，指在地球太是
随着飞行器大规模甚至超大规模集成电路的大量使用，间环境对其的影响也越来越突显出来，空特
轨道上到大气层的已经失效的一切人造物体（包括它们的碎块和部件）。微流星、间碎片对空间飞空行器、宇航员太空行走和国际空间站等会产生一定
对于卫星研发人员来说，由带电粒子引起的辐
太阳耀斑：高能带电粒子、电、射可见光、ｕ／ＦＶＥＶＸ－ｙ暴等；Ｕ／ｒａ
日冕：ＭＥＣ；
高速太阳风和冕洞。
（）２磁层
磁层暴、磁层亚暴；
极光：磁暴时粒子沉降到大气的产物。
量增加而增加，在表面下数十微米处聚集入射电子与表面同能量的离子形成的充电现象。当相邻材料与结构之间或同一材料表面与等离子体环境之间形
成的电位差达到５０以上，电场强度达到１５／０Ｖ或０Ｖｃ以上时，以形成强烈的电磁脉冲，ｍ可电磁脉冲将

空间环境及其对航天活动的影响

地球大气对天地往返运输系统在进入和返回时产生气动加热。在500km以下，大气是仅次于引力的第二大因素，大气阻力对轨道维持、气动力及其力矩、推进剂消耗量影响十分重要，直接影响着空间站运营管理的控制策略，对于大型空间站气动力矩正比于特征尺度的三次方，姿控推进剂消耗量正比于特征尺寸度的四次方，轨道阻力补偿量正比于特征尺寸度的平方。
标准大气和参考大气的异同？（地理条件和季节条件）
航天领域内常用的大气模式主要包括Jacchia模式和 Msis模式。 Jacchia模式主要有J65、J70、J77，使用了1958～1975年间17年的卫星阻力数据，用该模式进行轨道跟踪测量与设计时与真实大气拟合的最好。
任何模式都力图根据要求尽可能的反应大气随季节、昼夜、太阳活动和纬度的变化。实际上，真实的大气包括的物理过程很复杂，要从理论上得到大气主要物理量的分布是不现实的，完全从实测资料发现规律也是很困难的，所以现有的大气模式绝大部分都是半经验半理论的。
太阳的紫外辐射会使热控表明深层和热控材料、器件的潜能退化，可能导致航天器失去热平衡。此外，紫外辐射对绝缘材料、光学材料和高分子材料也十分有害。
太阳电池方阵功率的精确计算与太阳光谱数据相关。
太阳光压对航天器的姿态控制力矩估计及航天器轨道保持能力都有影响。
2.3 地球大气
大气模式指大气状态和变化过程的模式，它是以数学方程组表示的理论模型。大气模式是对真实大气的某种应用的初步近似，找出某一过程的主要因子。统计模式以大量的观测资料为基础，经过数学处理后给出一定的公式或计算程序。可以查到不同条件下各种大气结构参数的时间和空间分布。所谓大气结构是指其物理和化学状态的基本参数，如温度、压力、密度、成分，以及大气运动的空间分布和随时间的变化。

宇宙环境对航天器电子设备的影响研究

宇宙环境对航天器电子设备的影响研究导言：随着航天技术的不断发展，航天器的任务和功能越来越多样化，对电子设备的要求也越来越高。

然而，航天器在宇宙环境中面临着极端的物理和化学条件，这对航天器的电子设备造成了严峻的挑战。

本文将研究宇宙环境对航天器电子设备的影响，探讨其对航天器性能和可靠性的影响，并介绍相应的解决方案。

第一章：宇宙环境的介绍在了解航天器电子设备受宇宙环境影响之前，首先需要了解宇宙环境的特点。

宇宙环境包括宇宙射线、高真空、极端温度和微重力等苛刻条件。

宇宙射线是来自太阳和其他天体的高能粒子，包括质子、电子、中子和伽马射线等。

高真空是指宇宙中的低压环境，没有大气压力和气体分子。

极端温度指的是宇宙空间中的温度范围，既有宇宙背景辐射的热量，也有来自太阳辐射的高温。

微重力是指在宇宙空间中，由于缺乏重力的作用，航天器处于几乎零重力状态。

这些宇宙环境对电子设备都会产生一定的影响。

第二章：宇宙环境对航天器电子设备的影响2.1 宇宙射线的影响宇宙射线对航天器电子设备的影响主要表现在辐射效应上。

宇宙射线可以产生电离和非电离的辐射效应，并对电子设备中的电子元件和电路产生损伤。

其中，电子元件受到电离辐射的影响，会导致电子迁移、能级变化和击穿等现象，从而降低电子元件的可靠性和性能。

非电离辐射则会引起电子设备中的位错和电荷积累，进一步破坏电子设备的工作机制。

因此，航天器的电子设备需要采取相应的辐射防护措施，如使用辐射硬化电子元件和隔离技术，以保证航天器的正常运行。

2.2 高真空的影响航天器在宇宙空间中没有大气压力和气体分子，因此处于高真空环境中。

高真空对航天器电子设备的影响主要表现在空气绝缘效应上。

在高真空中，电子设备的电绝缘能力会受到影响，可能导致电介质击穿和电流泄漏等问题。

此外，高真空环境也容易导致电子设备中的气体释放和高温效应，进一步降低设备的性能。

因此，对于航天器电子设备，需要采取合理的电绝缘和散热措施，以提高设备的可靠性和稳定性。

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。

航空航天工程师的空间环境和宇航器设计

航空航天工程师的空间环境和宇航器设计航空航天工程师是一个极富挑战性和前沿性的职业，他们负责设计和开发飞行器和航天器，以在极端的空间环境中保证工作的顺利进行。

航空航天工程师需要了解并应对航天器在太空中所遭遇的各种环境因素，同时还要考虑宇航器的结构设计、材料选择以及系统功能等各方面因素。

本文将重点讨论航空航天工程师在空间环境与宇航器设计上的工作。

一、空间环境对宇航器的影响1. 真空环境：太空中几乎是真空，这意味着宇航器在航行时面临的是外部无压力的空气环境。

因此，宇航器的设计必须考虑到真空环境下的能源供应、热管理和材料性能等问题。

2. 温度变化：太空中的温度变化极其剧烈，从极低温下降到极高温上升。

因此，宇航器的设计需要考虑随温度变化而引起的材料膨胀和收缩，以及热控制系统的设计。

3. 微重力环境：在太空中，宇航员和宇航器都处于微重力环境下。

这对航天器的结构设计、人机工程以及动力系统都提出了一系列新的挑战，航空航天工程师需要考虑航天器在微重力环境下的运动和稳定性。

二、宇航器设计的关键考虑因素1. 结构设计：航空航天工程师需要设计宇航器的结构，以保证其能够在极端的空间环境下承受所有的力和压力。

他们需要考虑材料的强度、刚度和耐腐蚀性，以及宇航器的整体重量和稳定性。

2. 材料选择：在宇航器设计中，材料的选择至关重要。

航空航天工程师必须选择适合真空环境的耐高温、低温和抗辐射的材料，以保证宇航器的性能和寿命。

3. 能源供应：宇航器在太空中需要可靠的能源供应。

航空航天工程师需要设计太阳能电池板或核能系统，以提供宇航器所需的电力。

4. 通信和导航系统：在太空中，宇航器需要与地球上的控制中心进行通信，并进行准确定位和导航。

因此，航空航天工程师需要设计高效可靠的通信和导航系统。

5. 人机工程：宇航员需要在宇航器中进行各种任务和操作。

因此，航空航天工程师需要设计符合人体工程学原理的控制设备、座椅和环境，以确保宇航员能够在太空中舒适地工作。

空间天气影响

空间天气影响空间天气是指地球附近空间环境条件的变化，这些变化可能包括太阳辐射、太阳风以及地磁活动等。

空间天气对人类的日常生活和高科技系统有着深远的影响。

了解空间天气的影响，对于保障航空航天安全、地面通信系统的稳定运行以及电力网络的可靠性至关重要。

对航空航天的影响空间天气对航空航天活动的影响主要体现在两个方面：一是太阳质子事件可能导致宇航员受到较高剂量的辐射；二是地磁暴可能干扰飞行器的电子导航系统，甚至导致卫星失效。

因此，在进行载人航天任务或发射卫星前，必须对太阳活动进行监测，并采取相应的防护措施。

对地面通信的影响太阳活动产生的高能粒子和电磁辐射能够影响到地球上的无线电波传播，进而影响广播通信、手机信号以及GPS定位的准确性。

特别是在极光带附近，强烈的地磁活动会显著扰乱无线电波的正常传输路径，造成通信中断或数据丢失。

对电力网络的影响地磁暴期间，地球磁场的剧烈变动会在电力线路中感应出电流，这种被称为地磁感应电流（GIC）的现象，可以导致变压器过热甚至损坏，从而引发大面积停电事件。

为了预防这种情况的发生，电力公司需要监控空间天气预报，并采取措施减轻潜在的威胁。

对生物健康的影响虽然直接证据有限，但有研究指出极端的空间天气事件，如强烈的太阳耀斑，可能会对飞行人员的心理健康产生短期影响。

同时，增强的紫外线辐射对地面上人类的皮肤健康也构成潜在风险。

总结与建议随着技术的发展和对空间环境认识的深入，人类对空间天气的预测能力在不断提高。

然而，面对日益复杂的空间天气现象，加强监测、预警和应对措施的研发仍然是必要的。

此外，公众教育同样重要，提高人们对空间天气现象的认识，有助于减少由此带来的不利影响。

通过上述分析可以看出，空间天气对现代社会的影响是多方面的，涉及航空航天、通信、电力供应乃至公共健康等诸多领域。

因此，关注空间天气，采取有效措施应对其带来的挑战，对于确保社会运行的稳定性和安全性具有重要意义。

深空辐射环境对航天活动的危害及对策

航天器环境工程第25卷第2期138 SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING 2008年4月深空辐射环境对航天活动的危害及对策沈自才（北京卫星环境工程研究所，北京 100094）摘要：深空辐射环境是影响深空探测任务的一个主要因素，它主要包括太阳粒子事件、银河宇宙射线、俘获辐射带和黑体表面辐射。

文章分析了它对航天活动的危害，并探讨了相应的对策。

关键词：深空；辐射环境；危害；风险减缓中图分类号：V416.5 文献标识码：A 文章编号：1673-1379(2008)02-0138-051 引言深空探测通常是指对月球和月球以外宇宙空间的探测。

它是当今世界科技发展的前沿领域，具有很强的基础性、前瞻性、创新性和带动性，对于理解保护地球、探索生命起源、引领科技发展、培养尖端科技人才具有十分突出的作用。

深空探测是一个国家综合国力和科技水平的体现，也是我国航天活动发展的必然选择，从现实和长远来看，对深空的探测和开发具有十分重要的科学和经济意义[1]。

深空探测主要包括月球探测、行星探测和星际探测。

航天活动一般可分为应用卫星、载人航天和深空探测三大领域。

2004 年1月，以“嫦娥工程”命名的绕月探测工程正式启动，探月成为我国向深空探测进军的起点。

进行深空探测时，由于失去了地磁场的保护，航天员和航天器将直接暴露在银河宇宙射线和太阳粒子事件等深空辐射环境之下，其辐射强度要比近地环境高一个数量级甚至更多。

这将危及航天器的使用寿命和航天员的身体健康甚至生命安全[2-6]。

本文首先对深空辐射环境进行阐述，接着分析了深空辐射环境对航天活动的危害，并在此基础上探讨了相应的对策。

2 深空辐射环境深空辐射环境[2,4]是影响深空探测任务的一个主要因素。

暴露在地磁层之外的深空环境的主要特征之一是充满了高能量的混合空间辐射场。

根据航天器在深空的飞行阶段可将深空环境可以分为3部分：一是从地球飞往其他星球旅途中的空间辐射环境，其主要辐射源是太阳粒子事件和银河宇宙射线；二是航天器降落星体过程中的空间辐射环境，其主要辐射源为星体磁场俘获的太阳宇宙射线和银河宇宙射线粒子；三是航天器所降落的星体表面辐射环境，主要是星体吸收宇宙辐射后所发生的二次辐射。

空间天气对航天器的影响

空间天气没有阴晴之分，但有太阳和地磁场的“平静”与“扰动”之别。空间飞行器在设计中要考虑到航天器充电，尤其是在日食中它在受到极光电子流（能量为几千电子伏特）撞击的时候带电可能达几千伏特。
正如人们的生活受到自然界的风霜雨雪影响一样，静谧的太空也有着神秘莫测的“空间天气”。空间天气中的“风”是太阳风，“雨”是来自太阳的带电粒子雨；空间天气没有阴晴之分，但有太阳和地磁场的“平静”与“扰动”之别，空间天气不太关心“冷暖”，而特别注意太阳的紫外线和X射线辐射的变化。剧烈变化的空间天气状态对人类的航天活动的有非常严重的影响，空间天气灾害可使卫星提前失效乃至陨落，通信中断，导航、跟踪失误。空间天气灾害事件包括太阳高能粒子事件、地磁暴和电离层暴等。其中太阳高能粒子事件对航天器的影响主要是太阳能电池和各种电子设备的损害，同时，在飞行器设计、发射、在轨运行和控制过程中都可能受到空间环境的影响。即使在没有突发性的空间天气事件发生时，低轨卫星在穿越南大西洋异常区时也会受到强烈的粒子辐射，因此，卫星在此区域发生的异数量和能量增加。当航天器穿过这些高能环境时，会发生表面充电、内部击穿放电和航天器与空间击穿放电，以及深层充电等严重威胁航天器安全的现象；太阳高能粒子的轰击还会导致单粒子事件，改变计算机的软件指令，甚至导致微芯片的物理损坏；空间天气事件期间地球高层大气会被加热并膨胀，从而显著增加对航天器的拖曳力，导致航天器轨道下降和寿命缩短；在强磁暴期间，同步轨道卫星会经常穿越地磁场反转的区域，对于使用磁定位的卫星来说，姿态控制可能出现方向性错误。极轨道上空的飞行器也可能受到极光电子沉降的影响，空间飞行器在设计中要考虑到航天器充电，尤其是在日食中它在受到极光电子流（能量为几千电子伏特）撞击的时候带电可能达几千伏特。

空间辐射环境诱发航天器故障或异常分析

空间辐射环境诱发航天器故障或异常分析薛玉雄;杨生胜;把得东;安恒;柳青;石红;曹洲【摘要】空间辐射环境是诱发航天器系统故障或异常的主要因素之一.调研收集了国外航天器在轨的故障信息,总结分析了航天器所出现的各种故障、分析经验和对策,提出了我国航天器的在轨运行的一些具体建议,促进空间环境研究与在轨运行管理的紧密结合,提高空间环境引起航天器在轨异常的原因分析与判断的水平.%It is main reason that spacecraft system failures and anomalies attributed to the space radiation environment. Many case histories of spacecraft failures and anomalies documented from 1972 through 1997 attributed to the natural space radiation environment. And it provides an overview of seven major areas of spacecraft system failures and anomalies, effects on various spacecraft subsystems, related analysis methods and countermeasures. There are several related projects to on-orbit spacecraft management. The primary focus is to present more than better understanding of the space environment and its effects will enable spacecraft designers and managers to more effectively minimize program risks and costs, optimize design quality, and achieve mission objectives.【期刊名称】《真空与低温》【年(卷),期】2012(018)002【总页数】8页(P63-70)【关键词】航天器;空间辐射环境;辐射效应;航天器故障和异常【作者】薛玉雄;杨生胜;把得东;安恒;柳青;石红;曹洲【作者单位】兰州空间技术物理研究所真空低温技术与物理重点实验室,甘肃兰州730000;兰州空间技术物理研究所真空低温技术与物理重点实验室,甘肃兰州730000;兰州空间技术物理研究所真空低温技术与物理重点实验室,甘肃兰州730000;兰州空间技术物理研究所真空低温技术与物理重点实验室,甘肃兰州730000;兰州空间技术物理研究所真空低温技术与物理重点实验室,甘肃兰州730000;兰州空间技术物理研究所真空低温技术与物理重点实验室,甘肃兰州730000;兰州空间技术物理研究所真空低温技术与物理重点实验室,甘肃兰州730000【正文语种】中文【中图分类】V520.61 引言世界上第一颗人造地球卫星自1957年10月4日发射成功以来，目前已发射各类航天器7 000多颗。

空间环境对航天器的影响与故障诊断

空间环境对航天器的影响与故障诊断随着人类工业技术的不断发展，航天技术也在不断进步，人类对于太空的探索和利用越来越频繁，而对航天器的环境适应和故障诊断也变得至关重要。

一、空间环境对航天器的影响空间环境对航天器的影响是指宇宙中各种物理和化学因素对于航天器的各种零部件、系统和功能的影响。

具体包括：1. 真空环境：真空环境的存在让宇航员必须要在宇宙空间中通过生命维持系统获得氧气，而且无法利用空气传热和传质，无论是换热系统还是润滑系统都必须完全不依赖空气。

2. 放射环境：宇宙中存在广泛的射线和辐射，它们对于电子元器件和人员的健康都带来了潜在的威胁。

3. 温度环境：宇宙中温度波动范围很大，太阳辐射带来的高温和黑暗地带的极低温都对航天器和宇航员带来了极大的影响。

4. 微重力环境：宇宙中几乎不存在重力，这让人体机能和机械装置的工作机理都发生了重要的改变。

5. 轨道环境：航天器在运行轨道过程中受到空气抵抗和引力等因素的影响，导致轨道位置发生波动。

二、故障诊断的重要性由于航天器需要在极端的环境中运行，而灾难性的故障也同样在太空发生了无数次，因此故障诊断的重要性是不言自明的。

正确的诊断能够迅速找到故障点，采取必要的应对措施，有效提高任务的成功率。

传统的故障诊断方法通常基于物理模型，利用传感器采集参数数据和实时监控，通过比较实际系统表现和标准模型相差的检测值来定位故障和问题。

近年来，随着人工智能、模糊逻辑和深度学习等先进技术的发展，新的故障诊断方法也不断涌现。

机器学习能够通过大量数据学习和辨别机器和系统的作业特性，从而更准确快速地定位问题所在。

三、故障诊断方法1. 物理模型法：物理模型法通常基于现场采集数据来建立航天器物理模型，计算机仿真等方法可以通过模拟故障造成的影响来定位问题。

但缺点是密集的传感器布置和对数据的精准校准。

2. 统计学方法：统计学方法通常基于大量的过往数据或测试数据来建立观测模型和预测模型，利用特定算法分析模型，从而定位航天器的问题。

哈工大航天学院课程-空间飞行器动力学与控制-第2课-近地空间环境

空间飞行器动力学与控制第二课近地空间环境
（2）按大气成分的均匀性质划分
均质层从地面至约90km高度的大气层，基本上包含对流层、平流层和中间层。均质层大气通过湍流使大气成分均匀混合，大气成分基本均一，平均摩尔质量为常数。均质层遵从流体静压方程和理想气体状态方程。非均质层均质层顶之上，大气成分随高度有明显变化的大气层，基本上包含热层和外层大气。非均质层大气的平均摩尔质量随高度而降低。
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太阳是决定地球高层大气性质的最主要的因素。太阳的电磁辐射进入大气以后，其中的紫外、远紫外辐射和波长更短的X射线立即被大气吸收，来自外空的高能带电粒子也在这里被大气吸收，吸收的能 1000 ~ 2000C 的高温。量加热大气，使其达到
空间飞行器动力学与控制第二课近地空间环境
空间飞行器动力学与控制第二课近地空间环境
在1989年9月29日的特大太阳质子事件期间，地球同步卫星GOES 5,6,7号的太阳能电池电流急剧下降0.1A；而在1989年10月19日的质子事件中 GOES 5,6,7号卫星的太阳电池功率损失更多，为 1989年9月事件的6倍。1991年3月22日的质子事件使日本1990年8月发射的电视卫星B35A损失掉所有的太阳能电池功率,而使卫星遭破坏。
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高层大气环境是受太阳活动控制的，当太阳活动剧烈时，高层大气的温度和密度也随之发生剧烈变化。大气密度的变化直接影响航天器的运行轨道、姿态和寿命。以圆形轨道为例，一个轨道高度为 300km的卫星，如果质量面积比为100kg/m2 ，在太阳活动较高时（如太阳黑子数为200），其寿命约为 10天。而在太阳活动较低时（如太阳黑子数为6）,该卫星的运行寿命约为50天，是前者的5倍。

航空航天工程师的空间环境和宇航器设计

航空航天工程师的空间环境和宇航器设计航空航天工程师是指从事航空航天技术研究、设计和制造的专业人员。

在他们的职业生涯中，他们需要充分了解和应用空间环境知识，并运用宇航器设计原理来完成各种航天任务。

本文将探讨航空航天工程师应了解的空间环境和宇航器设计方面的知识。

一、空间环境空间环境是航空航天工程师设计宇航器时必须考虑的重要因素之一。

航天器在外太空中会面临诸多极端环境，如真空、高温、低温、高辐射等。

这些环境对宇航器的材料、结构和系统稳定性都提出了挑战。

首先，航天器所处的真空环境对宇航器的密封性要求极高。

在外太空中，没有大气压力的存在，如果宇航器的密封不好，会导致气体外逸或气体渗入，从而影响宇航器的正常运行。

其次，外太空中极端的高温和低温也是需要考虑的因素。

航天器在靠近太阳时会面临高温炙烤，而在背面则会面临极低温。

因此，航空航天工程师需要选择适应性强的材料，并在设计中考虑到高温和低温环境带来的热膨胀和收缩问题。

此外，外太空中的高辐射环境也是需要关注的因素之一。

航天器在太空中暴露在宇宙射线和太阳风等辐射源中，这些辐射会对航天器的电子设备和电路产生较大的影响。

航空航天工程师需要通过设计和选择适当的屏蔽材料和电子器件来减轻辐射对宇航器的破坏。

二、宇航器设计在了解了外太空的极端环境后，航空航天工程师需要运用宇航器设计原理来设计符合要求的航天器。

首先，航空航天工程师需要根据任务需求来确定宇航器的类型。

例如，有载人航天器、无载人卫星、探测器等。

每种类型的宇航器都有不同的设计要求和功能需求。

其次，航空航天工程师需要考虑宇航器的重量和结构。

宇航器在进入外太空前需要承受大气层的高速运动和气动力的作用，因此结构的轻量化和强度的均衡分布是设计中必须考虑的因素。

同时，航空航天工程师还需要考虑宇航器的推进系统和导航控制系统。

推进系统可以通过推进剂的喷射来提供推力，从而改变宇航器的速度和轨道。

导航控制系统可以通过航天器上的传感器和计算机来控制宇航器的姿态和航向，确保宇航器能够按照既定轨道进行飞行。

空间天气事件对航天器的影响

2.1.3 单粒子效应单个的空间高能质子或重离子轰击航天器上的微电子器件时，在其运动路径上通过电离作用产生大量的电子空穴对，这些电子空穴在器件内部重新分布后，有时会造成数据错误、电路功能混乱甚至计算机系统瘫痪，引发卫星在轨异常和故障，这种由单个高能粒子引发的微电子器件突发异常就是所谓的单粒子效应。 2.1.4 表面充放电效应航天器表面带电是指沉浸在等离子体环境中的航天器不断地受到带电粒子的撞击，能量在千电子伏特量级的电子停留在航天器表面，结果导致航天器表面相对于周围空间呈现负的电位，由于航天器表面各部位的电导率、设计状态和工况不同，将出现不等量充电，使得航天器各部位之间出现电位差。当航天器的表面带电超过一定阈值时，就会产生静电放电，干扰航天器的正常运行甚至造成损伤。 2.1.5 内带电效应当出现大的地磁扰动事件时，大量的高能电子可注入到地球同步轨道甚至高度较低的轨道，使得地球辐射带中能量大于1兆电子伏特的电子通量大幅增加。这些电子可直接穿透航天器的蒙皮（包括外层导电表面和绝缘材料等）、航天器结构和仪器设备外壳，沉积在航天器内部的电路板、导线绝缘层等深层
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1.3 太阳峰年期间地球空间环境基本特征 1.3.1 空间天气事件规模和频率增加图3给出了航天活动经历过的第19～23太阳活动
周期间发生的太阳质子事件质子积分通量与月均黑子数的关系。可以看出，规模较大的太阳质子事件（质子通量高）多出现在太阳活动水平较高的时期（太阳黑子数较多），太阳质子事件的强度和出现的次数与太阳活动周期存在明显的相关性。
航天器在太空中运行，将不可避免地受到空间天气的影响，而太阳爆发性活动是引发空间天气变化的源头。从2008年10月起，太阳开始进入第24太阳活动周。目前国内外空间物理学界的预测表明，太阳将于 2013—2014年到达第24太阳活动周峰年，期间太阳活动水平会明显增强，存在发生大规模太阳爆发性活动的可能性，其引发的近地空间环境扰动事件称为空间天气事件。自从1957年首颗人造航天器升空以来，航天活动已经经历了第19周至第23周共五个太阳活动周，在每个太阳活动周尤其在太阳活动峰年期间，均不同程度地出现过强空间天气事件引发航天器异常甚至失效的事例。