航天器空间环境效应
课程编码：180215082501P2002H
英文名称：Space Enviroment Effects on Spacecraft
课时：50
学分：2.50
课程属性：专业核心课
主讲教师：韩建伟等
教学目的要求
面向航空宇航科学与技术相关的飞行器设计、推进理论与工程、制造工程、人机与环境工程、宇航光电信息技术等专业、以及地球与空间探测技术、星载信息处理及探测与试验载荷、抗辐射器件、空间用材料、空间物理等航天及空间科学技术与应用相关专业的研究生，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，分析该学科方向的发展趋势及前沿动态，为深入开展航天及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。
预修课程
普通物理、电子线路。
大纲内容
第一章 空间环境效应概况 2.9学时 韩建伟
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 韩建伟
第1节 空间辐射环境总体特征及所用坐标系
第2节 银河宇宙线和太阳宇宙线
第3节 地球辐射带
第4节 深空辐射环境
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 带电粒子在物质中穿越及传递能量的简明计算
第三章 辐射效应-电离总剂量效应 4学时 韩建伟
第1节 总剂量效应微观现象与过程及对器件影响
第2节 空间任务总剂量的分析评估方法及近地空间特征
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 航天器总剂量效应防护设计方法
第四章 辐射效应-位移损伤效应 2.9学时 韩建伟
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 空间任务位移损伤的分析评估方法及近地空间特征
第3节 航天器抗位移损伤设计指标
第4节 器件位移损伤效应试验
第5节 航天器位移损伤效应防护设计方法
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 12学时 韩建伟
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方法
第9节 质子单粒子效应的评估方法
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 星用器件电路单粒子效应试验与分析事例
第13节 典型电路单粒子效应防护设计思路
第14节 单粒子锁定等硬错误防护设计方法
第15节 单粒子效应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方法
第六章 航天器表面充放电效应 12学时 蔡明辉
第1节 航天器充放电效应综述
第2节 空间等离子体环境
第3节 表面充电物理机制
第4节 表面充电试验与仿真方法
第5节 表面充电防护设计技术
第6节 太阳电池表面充电效应
第七章 航天器深层充放电效应 7学时 蔡明辉
第1节 空间高能电子环境
第2节 深层充电物理机制
第3节 深层充电试验与仿真方法
第4节 深层充电防护设计技术
第八章 航天器用材料侵蚀效应 3学时 蔡明辉
第1节 航天器用材料侵蚀效应综述
第2节 空间碎片环境分布特征
第3节 碎片撞击损伤机制、仿真与试验评估方法
第4节 原子氧环境分布特征
第5节 原子氧损伤机制、仿真与试验评估方法
第九章 书面考试 3学时 蔡明辉
第1节 考试
参考书
1、
空间环境工程学@空间环境及其对航天器的影响@硅半导体器件辐射效应及加固技术@抗辐射电子学：辐射效应及加固原理@航天器带电原理-航天器与空间等离子体的相互作用@航天器充电效应防护设计手册@原子氧效应及其地面模拟试验@空间碎片
黄本诚，童靖宇 编著@（美）文森特.L.皮塞卡 著/张育林，陈小前，闫野 译，@刘文平 著@赖祖武等 编著@（美）黎树添 著/李盛涛，郑晓泉，陈玉，闵道敏 译@（美）亨利 B. 加勒特 著/信太林，张振龙，周飞 译@沈志刚，赵小虎，王鑫 著@都亨，张文祥，庞宝君，刘静 编著
2010年@2011年@2013年@1998年@2014年@2016年@2006年@2007年
中国科学技术出版社@中国宇航出版社@科学出版社@国防工业出版社@科学出版社@中国宇航出版社@国防工业出版社@中国宇航出版社
课程教师信息
韩建伟，1970年出生，博士，研究员，博士生导师，中科院空间中心学术委员会成员，先后在北京大学原子核物理专业、中科院核聚变工程与等离子体物理专业、中科院空间物理专业完成学士与硕士、博士及博士后学习。现任中科院复杂航天系统电子信息技术重点实验室副主任，中科院空间中心空间环境效应研究室主任，中科院大学首席授课教师，哈尔滨工业大学、南京航空航天大学与扬州大学兼职教授，中国空间科学学会理事，中国核学会辐射物理分会理事，抗辐射电子学与电磁脉冲专业委员会理事。长期从事卫星与器件抗辐射研究与应用，发展了国际一流的激光试验单粒子效应技术、深层充放电试验技术、空间辐射效应系列仿真技术，牵头建设了“怀柔50MeV质子加速器”和“怀柔5MeV电子加速器”，发表论文90余篇、授权发明专利17项，获军队科技进步一等奖（排名第二）、一等奖（排名第四）与二等奖（排名第一）各一项，为系列卫星总体、宇航器件厂商、星载单机设备单位提供了优质的抗辐射支持，为载人航天、月球与深空探测、北斗导航卫星、高分卫星、科学卫星等重大航天任务做出了重要贡献。
蔡明辉，1980年出生，地球与空间探测博士，中国科学院国家空间科学中心副研究员、硕士生导师，空间环境效应研究室副主任，中国科学院大学岗位教师，中国物理学会静电专委会青年委员。长期从事航天器空间环境及效应建模仿真、地面模拟试验和空间环境防护技术研究，承担和参与了引力波国家重点研发计划、科工局重大卡脖子软件研制专项、中科院空间科学战略先导专项、中科院临近空间科学先导专项、中科院重点部署、载人航天预研、自然基金、国家863计划、北京市科委国家实验室培育项目等国家重大科研任务。以第一作者或通信作者发表SCI论文20余篇，授权专利10项，获得军队科技进步一等奖1项。