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序一
复杂的空间环境将对航天器在轨寿命和可靠性带来严峻的挑战,造成其在轨性能退化或失效。空间辐射环境是引起航天器在轨故障的主要环境因素。因此,在航天器任务设计、轨道选择、结构布局、材料与器件的选择、在轨故障分析以及在轨预报预警等各个环节,需要充分考虑空间辐射环境及其效应对航天器的影响。
我国在开发利用近地轨道空间的同时,也加快了深空探测的步伐。随着嫦娥一号卫星和天宫一号飞行器的升空,我国拉开了深空探测和空间站建设的大幕。航天器研制型号的不断增多和性能的提高,对航天器提出了高可靠、长寿命的要求。
国外航天大国自第一颗人造卫星开始,利用地面模拟试验和在轨探测实验,对空间辐射环境相关各个领域开展了大量的工作。我国自东方红一号卫星研制开始就非常重视空间辐射环境的影响,经过多年的发展,在空间辐射环境工程的各个领域均取得了一定的成果。然而,与国外相比,仍然存在一定的差距。
虽然国内外针对空间辐射环境与效应开展了大量研究,出版了大量学术论文和研究报告,但少有系统介绍航天器空间辐射环境工程的论著。本书广泛调研并取材国内外科学技术文献,并将作者的研究心得和见解融入其中,比较全面地反映了国内外在空间辐射环境工程领域已经取得的成果、最新进展和发展趋势。
本书内容丰富,涉及知识面广,思路清晰。从空间辐射环境与模型、空间辐射机理与效应、空间辐射环境与效应标准、地面模拟试验方法、地面模拟试验设备、数值模拟、飞行试验等方面对航天器空间辐射工程的各个领域进行阐述,可为从事航天器工程设计、研制、试验等相关各领域的科技工作者提供借鉴,也可作为空间辐射环境相关专业的学生参考用书。相信本书的出版能够对提高我国航天器研制水平和航天器的可靠性起到推动作用。
戚发轫
2013.4
序二
空间辐射环境是引起航天器在轨故障的主要环境因素之一,它所引起的单粒子效应、总剂量效应、位移损伤效应、表面充放电效应和内带电效应等一直是航天器在轨设计所重点关注的空间环境效应。随着我国研制型号的增多和对航天器长寿命高可靠要求的增强,以及新材料、新器件等在航天器上的应用,需要进一步加强空间辐射环境及效应的研究。
我国自东方红一号卫星研制开始,就非常重视空间辐射环境及效应对航天器带来的影响。随着空间活动由近地轨道向深空的逐步推进,我国开展了大量的空间辐射环境及效应的研究工作,并取得了一系列研究成果,但与国外相比仍然存在着一定的差距,尚不能完全满足我国航天任务的需求。
本书作者针对空间辐射环境的时空分布及其与卫星的相互作用的国内外发展现状做了系统的研究分析,并取材国内外的重要学术文献和研究报告,对空间辐射环境模型、空间辐射与航天器作用的机理及产生的效应、空间辐射与效应标准、地面模拟试验设备、地面模拟试验方法、数值模拟和飞行试验等进行系统梳理与分析,并将作者本人的部分研究成果和心得融入其中,比较全面地反映了国内外在空间辐射环境工程领域已经取得的成果、最新进展和发展趋势。
本书全文10章,沿着从基础到应用基础再到应用的脉络展开。第1章为绪论,第2章对空间辐射环境与模型进行了介绍,第3章介绍了空间辐射的机理与效应,第4章介绍了空间辐射环境与效应的国内外标准,第5章至第8章,从空间辐射效应地面模拟试验方法、地面模拟试验设备、数值仿真模拟和飞行试验四个方面论述了空间辐射效应的试验与仿真,第9章和第10章阐述了空间辐射效应的应用。全书基本覆盖到了航天器空间辐射效应的各个研究领域,可为从事航天器空间辐射环境与效应相关各领域的科技工作者提供参考,也可作为空间辐射环境相关专业的学生辅导用书。因此,本书的出版,将对促进我国航天技术的发展、提升航天器研制水平起到积极作用。
张永维
2013.42100433B
第1章 绪论 1
第2章 空间辐射环境 4
2.1 概述 4
2.2 带电粒子辐射 4
2.2.1带电粒子辐射环境 4
2.2.2带电粒子辐射模型 13
2.3 太阳电磁辐射 73
2.3.1太阳电磁辐射环境 73
2.3.2太阳电磁辐射模型 74
2.4 深空辐射环境 77
2.4.1自由空间辐射环境 77
2.4.2月球辐射环境 78
2.4.3火星辐射环境 79
2.4.4木星辐射环境及模型 82
2.4.5土星辐射环境及模型 97
2.4.6不同行星体深空辐射环境比较 112
2.5 展望 113
参考文献 115
第3章 空间辐射环境效应 120
3.1概述 120
3.2空间辐射机理 121
3.2.1辐射源类型 122
3.2.2辐射与材料相互作用的物理过程与机理 122
3.2.3重带电粒子、电子、γ射线和中子与物质相互作用的比较 135
3.3空间辐射效应 135
3.3.1单粒子效应 136
3.3.2总剂量效应 139
3.3.3表面充放电效应 140
3.3.4内带电效应 143
3.3.5位移损伤效应 146
3.3.6太阳电磁辐射效应 147
3.3.7辐射生物学效应 150
3.3.8空间多因素环境协同效应 152
3.4展望 159
参考文献 160
第4章 空间辐射环境及效应标准 162
4.1概述 162
4.2国外空间辐射环境及效应标准 162
4.2.1国外空间辐射环境标准 162
4.2.2国外空间辐射效应标准 167
4.3国内空间辐射环境及效应标准 178
4.3.1国内空间辐射环境标准 178
4.3.2国内空间辐射效应标准 179
4.4展望 180
参考文献 182
第5章 空间辐射环境及效应地面模拟试验方法 185
5.1概述 185
5.2加速试验方法 185
5.2.1加速因子 186
5.2.2模拟等效区间 186
5.3航天器材料地面模拟试验方法 188
5.3.1剂量深度分布法 188
5.3.2等效通量法 190
5.3.3金属薄膜散射法 193
5.3.4紫外辐射加速试验方法 193
5.4单粒子效应试验方法 194
5.4.1质子单粒子效应试验方法 195
5.4.2锎源单粒子效应试验方法 196
5.4.3重离子单粒子效应试验方法 197
5.4.4脉冲激光单粒子效应试验方法 201
5.5总剂量效应试验方法 204
5.5.1高能带电粒子总剂量效应试验方法 204
5.5.2钴源总剂量效应试验方法 205
5.6表面充放电效应试验方法 209
5.6.1太阳电池阵表面充放电试验方法 209
5.6.2太阳电池阵等离子体功率泄露试验方法 213
5.7内带电效应试验方法 214
5.7.1电子束内带电效应试验方法 214
5.7.2介电强度测试试验方法 215
5.7.3辐射诱导电导率测量试验方法 215
5.8位移损伤效应试验方法 216
5.8.1等效注量法 217
5.8.2位移损伤剂量法 218
5.8.3劳申巴赫方法 219
5.9展望 220
参考文献 221
第6章 空间辐射环境及效应地面模拟试验设备 223
6.1概述 223
6.2国外空间辐射环境效应地面模拟试验设备 223
6.2.1单粒子效应地面模拟试验设备 223
6.2.2总剂量效应地面模拟试验设备 238
6.2.3表面充放电效应地面模拟试验设备 243
6.2.4内带电效应地面模拟试验设备 249
6.2.5空间紫外辐射地面模拟试验设备 251
6.3国内空间辐射环境效应地面模拟试验设备 256
6.3.1单粒子效应地面模拟试验设备 257
6.3.2总剂量效应地面模拟试验设备 264
6.3.3表面充放电效应地面模拟试验设备 269
6.3.4内带电效应地面模拟试验设备 271
6.3.5空间紫外辐射地面模拟试验设备 272
6.4空间环境效应地面模拟试验设备现状及发展趋势 275
6.4.1空间环境效应地面模拟试验设备的现状 275
6.4.2空间环境效应地面模拟试验设备的发展趋势 277
6.5展望 282
参考文献 284
第7章 空间辐射环境及效应数值模拟 288
7.1概述 288
7.2数值模拟方法 288
7.2.1蒙特卡罗方法 288
7.2.2确定性方法 289
7.2.3粒子输运蒙特卡罗程序 291
7.3国外空间辐射环境及效应数值模拟软件 299
7.3.1空间辐射环境及效应数值模拟软件 299
7.3.2表面充放电效应数值模拟软件 315
7.3.3内带电效应数值模拟软件 325
7.3.4太阳电池位移损伤效应数值模拟软件 327
7.4我国空间辐射环境及效应数值模拟软件 332
7.5展望 333
参考文献 334
第8章 飞行试验 340
8.1概述 340
8.2国外飞行试验 340
8.2.1国外单粒子效应飞行试验 341
8.2.2国外总剂量效应飞行试验 346
8.2.3国外表面充放电效应飞行试验 368
8.2.4国外内带电效应飞行试验研究 370
8.2.5国外太阳电池飞行试验研究 373
8.2.6国外飞行试验发展趋势 378
8.3国内飞行试验 380
8.3.1实践系列卫星 381
8.3.2风云系列卫星 389
8.3.3资源系列卫星 395
8.3.4神舟系列飞船 399
8.3.5嫦娥系列卫星 402
8.3.6国内其他飞行试验卫星 403
8.4展望 404
参考文献 405
第9章 航天器抗辐射加固 411
9.1概述 411
9.2航天器抗辐射加固的工作思路 412
9.3航天器抗辐射加固的通用措施 412
9.3.1电子元器件抗辐射加固 413
9.3.2电子线路抗辐射加固设计 414
9.3.3单机抗辐射加固设计 416
9.3.4星载计算机的抗辐射加固设计 417
9.4航天器抗辐射加固设计 419
9.4.1单粒子效应抗辐射加固设计 419
9.4.2总剂量效应抗辐射加固设计 420
9.4.3表面充放电效应抗辐射加固设计 421
9.4.4内带电效应抗辐射加固设计 422
9.4.5位移损伤效应抗辐射加固设计 423
9.4.6抗太阳电磁辐射效应加固设计 424
9.4.7航天器材料抗辐射加固设计 424
9.5典型器件的抗辐射加固措施 424
9.5.1 双极型器件的抗辐射加固措施 425
9.5.2 MOS器件的抗辐射加固措施 425
9.5.3 CCD传感器抗辐射加固措施 426
9.5.4 FPGA抗辐射加固措施 427
9.6辐射可靠性 428
9.6.1抗辐射加固总体优化设计 428
9.6.2单粒子效应可靠性评估和指标优化 429
9.6.3总剂量效应可靠性评估和指标优化 430
9.7展望 431
参考文献 432
第10章 空间辐射生物工程 433
10.1概述 433
10.2空间辐射诱变效应的机制 436
10.2.1电离辐射生物学效应的机制 436
10.2.2非电离辐射生物学效应的机制 438
10.3空间辐射生物学效应特征 438
10.3.1不同传能线密度辐射效应的差异性 439
10.3.2辐射效应敏感性不同 439
10.3.3辐射效应的随机性 439
10.3.4低剂量与低剂量率效应 440
10.3.5不同辐射源的协同效应 440
10.3.6微重力与辐射的协同效应 441
10.4空间辐射植物工程 441
10.4.1空间辐射植物诱变的机理 441
10.4.2空间辐射诱变育种的特点 442
10.4.3空间辐射对植物的诱变效应 442
10.4.4空间辐射植物诱变效应研究的问题 444
10.5空间辐射动物工程 444
10.5.1空间辐射动物诱变损伤的机理 444
10.5.2空间辐射诱变损伤的特点 444
10.5.3空间辐射对动物的损伤效应 446
10.5.4航天员空间辐射剂量限值 447
10.5.5生物叠技术 450
10.6非电离辐射生物学效应 451
10.6.1紫外辐射生物学效应 451
10.6.2微波与短波辐射生物学效应 452
10.7空间辐射生物学防护 453
10.7.1电离辐射生物学效应防护 453
10.7.2非电离辐射生物学效应防护 455
10.8展望 455
参考文献 457
附录A部分常用辐射单位名称、单位符号及换算关系 462
附录B全书常用缩略语和专有名词对照表 463
沈自才,1980年3月生,山东临沂人,博士,高级工程师。先后于中国科学院研究生院获得材料学硕士学位与光学工程博士学位。现从事航天器空间环境效应与深空探测技术研究
环境工程专业前景分析 工件好找,待遇不高 环保职业被人们评为了加强21世纪最热门的职业,但是在目前红红火火的各种毕业生供需见面会上,环境专业人才受到冷遇,这是因为在具体的环境治理行业,往往投入大于产出...
环境科学专业培养具备环境科学的基本理论、基本知识和基本技能,能在科研机构、高等学校、企事业单位及行政部门等从事科研、教学、环境保护和环境管理等工作的高级专门人才。该专业学生主要学习环境科学方面的基本理...
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《空间辐射环境工程》对航天器设计与研制、航天器空间辐射环境效应、地面模拟试验技术、飞行试验及深空探测等具有一定的指导意义
展示环境中的空间设计
展示环境中的空间设计 【摘 要】展示环境是观众聚集的场所,是提供参加社 会活动的积极空间,空间设计是展示环境设计中重要内容之 一。由于展示环境面对活动的主题是人,按活动规律应从空 间形态、空间构成、空间的分割方式等方面设计出符合人行 为活动的空间。本文主要从展示环境空间设计、艺术化处理 及安全性几方面进行探讨,阐述了空间在展示环境中的重要 作用。 【关键词】展示设计;环境设计;空间设计 展示设计是一种人为环境的创造,空间规划就成为展示 中的核心要素,展示空间的展示整体形象给人留下第一印 象,所以空间设计好坏会影响到整个展示活动的好坏。 一、展示空间的特征 任何设计都是需要一定的空间来体现的,没有空间的设 计只不过是纸上谈兵。展示是以创造实体意义的空间来满足 人们的需求,一个完整的展示环境形象,总是由展示实体和 空间构成。实体也通过空间来表现,空间通过实体来完成。 所以展示空间的设计业与实体
1.有扎实的自然科学基础,基本的人文、艺术和社会科学基础及准确运用语言、文字的能力;
2.掌握数学和物理的基本理论和方法,具有坚实的数学和物理基础;
3.掌握辐射防护与环境工程的基本理论和实验方法,具有一定的科学研究能力和应用开发能力;
4.掌握辐射防护与环境工程专业的基本科学知识和体系,获得辐射防护与环境工程专业的实践训练,了解辐射防护与环境工程发展的前沿和趋势;
5.掌握计算机及信息技术应用知识,能够进行中外文文献检索与阅读,掌握科技写作知识;
6.了解国家有关的辐射防护与环境保护的法律、法规和科学技术、知识产权等有关政策和法规;
7.具有较强的自学能力、创新意识和较高的综合素质。
大学化学、现代生物学、数学物理方法、原子核物理学、工程力学、辐射防护与保健物理、辐射剂量学、环境工程概论等。
《空间环境工程学》较系统地阐述了由于航天技术的发展而产生的这门新学科。全书分十八章,内容包括;真空、冷黑和太阳辐照环境及其模拟与试验技术;空间磁场、微重力、微流星,空间碎片、粒子辐射、原子氧、等离子体、磁层亚暴等特殊空间环境及其模拟技术;空问环境与空问工业及载人航天环境模拟技术。
《空间环境工程学》可作为有关专业大学本科生和研究生教材,也可供从事航天技术工作有关学科的技术人员参考。2100433B