航天器空间环境效应

课程编码：082500M01004H 英文名称：Space Enviroment Effects For Spacecraft 课时：75 学分：4.00 课程属性：一级学科核心课 主讲教师：韩建伟等

面向地球与空间探测、飞行器设计、星载信息处理及探测与试验载荷、抗辐射器件、空间用材料、空间物理等空间科学技术与应用相关专业及方向的研究生，系统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，深入阐述上述环境条件与航天器用器件、电路、材料及部件等作用导致多种辐射效应、表面及深层充放电、材料侵蚀损伤的物理机制及对航天器影响规律，全面讲授与航天器设计相关的空间环境效应的地面模拟试验、仿真分析、防护设计措施等的原理、方法与技术要点，通过实验室的典型模拟实验及仿真实验深化对抽象的空间环境效应及对航天器影响的认知，分析该学科方向的发展趋势及前沿动态，为深入开展空间科技相关的研究及工程应用储备航天器空间环境效应影响及防护设计的知识与技术基础。

普通物理、电子线路

第一章 空间环境效应概况 2.9学时
第1节 空间环境效应内涵
第2节 航天器所处的空间环境
第3节 航天器空间环境效应
第4节 航天器空间环境故障事例
第5节 航天器空间环境防护设计总体要求
第二章 辐射效应—空间辐射环境及辐射粒子与物质作用机理 3.2学时
第1节 空间辐射环境总体特征及采用的坐标系
第2节 银河宇宙线和太阳宇宙线环境
第3节 地球辐射带环境
第4节 深空局地辐射环境
第5节 带电粒子与物质作用主要机制
第6节 带电粒子与物质作用能量传递及射程
第7节 带电粒子在物质中传递能量及穿透的简明计算方法
第三章 辐射效应-电离总剂量效应 4学时
第1节 总剂量效应微观现象与过程及对器件影响
第2节 总剂量的分析评估及近地空间特征
第3节 航天器抗总剂量设计指标
第4节 器件总剂量效应试验及选用
第5节 总剂量效应防护设计
第四章 辐射效应-位移损伤效应 2.9学时
第1节 位移损伤效应微观现象与过程及对器件影响
第2节 位移损伤效应的评估及近地空间特征
第3节 航天器抗位移损伤设计指标
第4节 器件位移损伤应试验
第5节 位移损伤效应防护设计
第6节 位移损伤致航天器故障事例
第五章 辐射效应-单粒子效应 11.0学时
第1节 单粒子效应的微观现象与过程
第2节 单粒子效应对器件电路的影响
第3节 表征器件单粒子效应的关键参数
第4节 器件及电路单粒子效应试验基本要求
第5节 器件及电路单粒子效应重离子试验
第6节 器件及电路单粒子效应质子试验
第7节 器件及电路单粒子效应激光试验
第8节 重离子单粒子效应的评估
第9节 质子单粒子效应的评估
第10节 器件在轨单粒子效应分布特征
第11节 航天器抗单粒子效应设计指标
第12节 航天器单粒子效应试验与分析事例
第13节 典型电路单粒子效应分析及防护设计基本思想
第14节 单粒子锁定等硬错误防护设计方法
第15节 单粒子翻转等软错误防护设计方法
第16节 单粒子效应系统级防护设计案例
第六章 单粒子效应激光实验 12学时
第1节 基础通用实验方法包括实验准备、效应判据、数据处理与分析等
第2节 单粒子瞬态脉冲反偏PN结测试原理及方法
第3节 单粒子效应电荷收集测试电路及伏安特性曲线测试
第4节 单粒子效应电荷收集测量及数据分析处理
第5节 单粒子锁定效应特征获取实验原理及方法
第6节 单粒子锁定效应实验测试及锁定判定和处理
第7节 单粒子锁定效应电路级防护
第8节 开放实验方案设计要点讲解
第9节 示例：单粒子效应电路传播规律及响应
第10节 示例：单粒子效应影响危害及防护
第七章 航天器充放电效应-航天器表面充放电效应 12学时
第1节 航天器表面充电现象及危害
第2节 表面充电对各类航天任务的影响
第3节 空间等离子体环境
第4节 表面充电电流平衡方程
第5节 航天器表面充电模型
第6节 表面充电防护设计要求
第7节 表面充电仿真分析
第8节 表面充电地面模拟实验
第9节 典型卫星表面充电防护设计
第八章 深层充电基础知识 3学时
第1节 深层充电的研究历史
第2节 深层充电的基本概念
第3节 深层充电的物理模型
第九章 深层充电的危害 3学时
第1节 深层充电的空间环境特点及模型
第2节 深层充电危害的在轨典型事例分析
第3节 深层充电危害的特点分析
第十章 深层充电实验与防护 3学时
第1节 国内外深层充电实验装置及其特点分析
第2节 深层充电实验方法与参数测量原理
第3节 深层充电防护设计原理及在轨探测
第十一章 航天器用材料侵蚀效应 3学时
第1节 空间碎片、原子氧、紫外等环境分布特征
第2节 空间材料损伤机制与应对方法
第3节 侵蚀效应研究方法和防护技术
第十二章 表面充电实验方法及其影响实验 3学时
第1节 实验方法、实验设备与实验注意事项
第2节 表面充电基本实验
第3节 放电对典型器件影响实验
第十三章 表面充电特点与规律实验 3学时
第1节 典型的充电曲线和充电的基本特点实验
第2节 电子能量对充电电位影响实验
第3节 束流强度对充电电位影响实验
第十四章 航天器空间环境效应实验-计算机仿真实验 6学时
第1节 典型轨道卫星总剂量效应的计算机仿真实验,讲解（0.5）、实验（2）、数据分析（0.5）
第2节 典型轨道卫星单粒子效应的计算机仿真实验,讲解（0.5）、实验（2）、数据分析（0.5）
第十五章 闭卷考试 3学时
第1节 闭卷考试

中科院空间中心空间环境特殊效应实验室（www.seelab.ac.cn）的韩建伟、蔡明辉、马英起、李宏伟老师承担本课程的教学。他们在航天用器件与电路空间辐射效应、航天器材料与部件充放电效应及侵蚀效应的机理、模拟试验与仿真分析、防护原理等方面有较深厚的研究积累，为航天任务总体设计单位、有效载荷、抗辐射器件、航天器用材料研制等单位提供了大量的工程应用服务。
韩建伟负责课程的第一部分“空间环境效应概述”和第二部分“空间辐射效应”（共21学时）。蔡明辉负责课程的第三部分“航天器充放电效应”中的“航天器表面充放电效应”部分（9学时）、以及第四部分“航天器用材料侵蚀效应” （9学时）共计18学时内容。李宏伟负责课程的第三部分“航天器充放电效应”中的“航天器深层充放电效应”部分（共计9学时）。第五部分的“航天器空间环境效应实验”（共24学时），由马英起牵头，联合蔡明辉、李宏伟老师，并协调相关实验室人员共同开展。