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《航天器空间环境效应》介绍外太空特有的空间辐射粒子、等离子体、原子氧及空间碎片等环境的特征，阐述这些环境与航天器用器件、电路、材料及部件等作用导致的多种辐射效应、表面及深层充放电、材料侵蚀损伤的物理机制和规律，论述与航天器设计相关的空间环境效应地面模拟实验、仿真分析、防护设计等的原理、方法和技术要点，设计典型的仿真实验和模拟实验以深化对抽象空间环境效应的认知，为研究生以及科研人员和工程技术人员提供空间环境及其对航天器影响和防护设计的相关知识。
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目录前言第1章 绪论1第2章 空间环境效应概述42.1 空间环境及效应的内涵42.2 航天器遭遇的空间环境概况52.3 航天器空间环境效应概况112.4 空间环境诱发的航天器故障概况152.5 典型的空间环境诱发的航天器故障事例172.6 航天器空间环境效应防护设计总体要求272.7 与空间环境研究应用相关的坐标系30习题33参考文献34第3章 空间辐射环境363.1 带电粒子的表征363.2 银河宇宙线373.2.1 银河宇宙线成分及能谱373.2.2 银河宇宙线模型383.2.3 太阳活动对银河宇宙线的调制393.2.4 地磁场对银河宇宙线的调制403.3 太阳宇宙线443.3.1 太阳宇宙线成分及能谱443.3.2 太阳宇宙线与太阳活动的关系443.3.3 太阳宇宙线模型443.3.4 地磁场对太阳宇宙线的调制453.4 地球辐射带463.4.1 地球辐射带空间分布463.4.2 地球辐射带模型483.4.3 地球辐射带的漂移493.4.4 地球辐射带与太阳活动的关系513.5 深空辐射环境533.5.1 深空星球局地辐射环境543.5.2 深空宇宙线环境553.6 地球空间辐射环境小结57习题58参考文献58第4章 空间辐射粒子与物质作用的基本机制614.1 辐射粒子与物质作用的基本方式614.1.1 带电粒子与物质作用的基本方式614.1.2 光子与物质作用的基本方式634.2 带电粒子与物质作用表征644.2.1 线性能量传输644.2.2 射程684.3 粒子能量与射程数据的应用70习题73参考文献76第5章 电离总剂量效应775.1 总剂量电离电荷在器件中的累积及影响775.1.1 总剂量在器件中诱发的捕获电荷775.1.2 辐射诱发的捕获电荷对器件的影响785.1.3 MOS器件对辐射剂量的时间响应及退火效应815.1.4 双极器件的低剂量率辐射损伤增强效应835.2 总剂量的分析评估方法845.2.1 航天器舱外辐射环境分析计算845.2.2 航天器舱内辐射环境及总剂量分析计算855.2.3 地面辐照试验总剂量计算875.3 近地空间的总剂量分布特征885.4 航天器抗总剂量设计指标要求915.5 器件总剂量效应试验和选用925.5.1 共性试验要求925.5.2 MOS器件总剂量试验流程935.5.3 双极器件总剂量试验流程975.5.4 有ELDRS效应器件的总剂量试验和选用方法985.6 总剂量效应防护设计995.6.1 容差设计995.6.2 冗余设计995.6.3 布局设计995.6.4 屏蔽设计100习题111参考文献115第6章 位移损伤效应1176.1 原子位移损伤及对器件的影响1176.1.1 位移损伤形成的材料缺陷1176.1.2 位移损伤对半导体载流子的影响1206.1.3 位移损伤对器件的影响1216.2 位移损伤的分析评估方法1266.2.1 等效(位移损伤)剂量法1266.2.2 等效注量法1306.3 近地空间位移损伤的分布特征1336.4 抗位移损伤设计指标1356.5 位移损伤效应试验1356.5.1 粒子种类和能量1366.5.2 质子的位移损伤与电离作用的甄别区分1376.5.3 通量和注量1386.5.4 偏置和温度1386.5.5 辐照后退火及测试1396.6 位移损伤防护设计1396.7 位移损伤导致的航天器故障事例1466.7.1 地面试验器件的位移损伤失效1466.7.2 卫星太阳电池的衰退1486.7.3 伽利略木星探测器故障1506.7.4 TOPEX/Poseidon卫星故障1516.7.5 Globalstar-1星座故障1526.7.6 科学级CCD器件位移损伤影响152习题153参考文献157第7章 单粒子效应1607.1 单粒子效应及对器件电路的影响1607.1.1 单粒子效应电荷收集1607.1.2 单粒子收集电荷导致的各类单粒子效应1637.1.3 表征单粒子效应的关键参数1697.2 质子诱发单粒子效应1717.3 器件及电路单粒子效应试验1727.3.1 试验用粒子LET值1737.3.2 试验用离子能量及射程1747.3.3 试验用离子通量及注量1767.3.4 脉冲激光试验单粒子效应1777.4 单粒子效应的分析评估方法1807.4.1 重离子单粒子效应分析评估方法1807.4.2 质子单粒子效应分析评估方法1857.4.3 器件单粒子效应分析评估算例1907.5 近地空间单粒子效应分布特征1947.5.1 近地空间诱发单粒子效应的辐射粒子分布1947.5.2 典型器件在典型轨道发生的单粒子效应分布1977.6 抗单粒子效应设计指标2007.7 单粒子效应防护设计2017.7.1 单粒子烧毁和单粒子栅穿防护设计2017.7.2 单粒子锁定防护设计2027.7.3 单粒子翻转防护设计2077.7.4 SEFI防护设计2117.7.5 SET防护设计2127.7.6 软件防护设计2147.7.7 系统防护设计215习题217参考文献219第8章 表面充放电效应2238.1 表面充放电效应概述2238.1.1 表面充放电现象2238.1.2 表面充放电效应的危害2248.1.3 不同轨道表面充放电风险分布2288.2 表面充放电物理机制2298.2.1 空间等离子体环境2298.2.2 表面充电电流平衡方程2378.2.3 航天器充电模型2398.2.4 太阳电池充放电原理2408.3 表面充放电效应防护设计方法2428.3.1 表面充放电效应防护原则2428.3.2 表面充放电效应防护设计流程2438.3.3 表面充放电效应防护设计方法2468.3.4 典型部件表面充放电效应防护设计方法2488.4 表面充放电效应工程防护设计事例2518.4.1 任务经过表面充放电风险区域的判定2528.4.2 航天器表面充放电风险一维仿真计算2538.4.3 航天器表面充放电风险三维仿真计算2538.4.4 工程实施方案260习题260参考文献261第9章 深层充放电效应2649.1 深层充放电效应概述2649.1.1 深层充放电效应现象与概念2649.1.2 深层充电的物理过程2659.1.3 深层充放电效应的主要影响与危害2679.2 深层充放电的空间高能电子环境及模型2689.2.1 外辐射带电子成分2699.2.2 高能电子随磁壳的分布2709.2.3 高能电子变化规律2739.2.4 辐射带高能电子模型2779.2.5 高能电子环境及风险分析2809.3 深层充放电效应引起的典型故障2869.3.1 深层充放电效应诱发的航天器故障事例2879.3.2 充放电效应引起卫星故障的分析2889.4 在轨探测实验2919.4.1 卫星放电在轨探测实验2919.4.2 内部充放电效应在轨探测实验2959.4.3 充放电效应对卫星威胁的在轨监测2999.5 地面模拟实验3039.5.1 典型深层充放电效应模拟实验装置3039.5.2 深层充放电关键参数测量装置3169.5.3 航天用绝缘材料电导率测量方法3199.5.4 深层充电试验方法3349.6 深层充电物理模型与仿真软件3409.6.1 深层充电物理模型3419.6.2 深层充电仿真软件3429.7 深层充放电效应防护指南与方法3459.7.1 深层充放电效应防护指南3459.7.2 深层充放电效应防护方法348习题352参考文献353第10章 空间碎片及微流星体撞击效应35810.1 空间碎片及微流星体环境35810.1.1 空间碎片及微流星体的定义35810.1.2 空间碎片及微流星体的来源35810.1.3 空间碎片的增长和分布36010.1.4 空间碎片的大小和分类36110.2 空间碎片及微流星体超高速撞击效应36310.2.1 空间碎片及微流星体的危害事例36310.2.2 空间碎片及微流星体超高速撞击物理过程36610.2.3 超高速撞击动力学36610.2.4 行为各异的撞击现象36810.2.5 超高速撞击典型损伤模式36810.2.6 超高速撞击的撞击坑特性36910.3 地面模拟试验方法37010.3.1 二级轻气炮37110.3.2 等离子体驱动微小碎片加速器37210.3.3 激光驱动飞片加速器37510.3.4 静电粉尘加速器37510.4 仿真分析评估方法37610.4.1 空间碎片及微流星体环境工程模式37610.4.2 航天器撞击风险评估37810.4.3 超高速撞击过程的数值仿真37910.5 空间碎片应对对策38010.5.1 躲避空间碎片碰撞38010.5.2 加强航天器防护38810.5.3 空间碎片减缓396习题403参考文献404第11章 原子氧、紫外线及低能带电粒子侵蚀效应40711.1 原子氧腐蚀效应40711.1.1 原子氧的环境特征40711.1.2 原子氧与暴露材料作用机制41311.1.3 原子氧与紫外线、空间碎片的协同作用机制41611.1.4 原子氧腐蚀效应评估方法41711.1.5 原子氧防护技术42711.2 紫外辐射效应42811.2.1 紫外辐射环境特征42811.2.2 紫外辐射与暴露材料作用机制43011.2.3 紫外辐射效应试验评估方法43311.2.4 紫外辐射防护技术43311.3 低能带电粒子辐射效应43411.3.1 低能带电粒子与暴露材料作用机制43411.3.2 低能带电粒子试验评估方法436习题436参考文献437第12章 航天器空间环境效应实验44112.1 空间环境效应仿真实验44112.1.1 仿真实验目的44112.1.2 仿真工具44112.1.3 仿真实验内容44312.2 器件及电路单粒子效应实验44512.2.1 实验目的44512.2.2 实验测试原理44512
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