（中國空間技術研究院總體設計部．上海１０００８６）薹?？臻g帶電粒子的總電離劑量效應造成衛星電子元元件和材料的性能退化，衛星研發過程中須對空間幅射劑量進行詳盡剖析。衛星幅射劑量的一維剖析，采用均勻長度實心球屏蔽模型，不能確切反映衛星復雜的實際構象。而基于衛星ＣＡＤ總體模型的幅射劑量三維剖析，考慮了衛星復雜構象對空間幅射的屏蔽療效．該方式具有更強的工程性質和意義，使空間環境及效應剖析與衛星實際工程得到緊密結關詞Ｉ空間幅射幅射劑量幅射屏蔽衛星序言自１９５８年日本第一顆人造月球衛星“探險者～號”發現月球幅射帶（ｖａｎＡｌｉｅｎ天然帶）以后，經過４０多年的探求和研究，人類漸漸認識到近地空間參雜著各類高能帶電粒子，這種帶電粒子分別來自月球幅射帶、太陽宇宙線和銀河宇宙線，它們具有各類不同的能量和通量，隨時空的變化而變化，并與太陽活動密切相關。高度約為３６０００ｋｍ的月球同步軌道（ＧＥＯ），坐落外幅射帶的中心高度（２００００－３００００ｋｍ）之外，接近外幅射帶外邊沿。運行于月球同步軌道上的衛星，不可防止地遭受各類空間帶電粒子幅射，帶電粒子與星用電子元元件及材料互相作用，將形成各類空間幅射效應，因而對衛星引起一定程度的損傷與害處，甚至恐嚇衛星安全。
ＧＥＯ衛星一般具有較長的壽命，因為空間帶電粒子幅射的常年積累，在衛星在軌期間對衛星造成的電離總劑量效應愈顯突出，成為了ＧＥＯ衛星設計研發中備受關注的重要空間幅射效應之一。在ＧＥＯ衛星研發過程中，需對衛星表面及內部一些關鍵部件在軌期間的空間幅射劑量進行確切剖析，作為衛星總劑量幅射防護設計與地面模擬試驗的根據。２幅射劑量的一維剖析在ＧＥＯ衛星研發過程中，為了描述衛星在軌運行時所接受的空間總劑量幅射水平，在衛星研制的早期，對ＧＥＯ衛星的在軌空間幅射劑量進行一維剖析，給出空間幅射劑量與屏蔽長度之間的關系，即深度劑量關系。圖Ｉ是工作壽命為ｌＯ年的ＧＥＯ衛星的深度劑量關系曲線，它采用球心屏蔽模型，給出了衛星在軌運行１０年期間，月球同步軌道上不同質量面密度（可等效為鋁屏蔽長度）的實心屏蔽球的球心位置的空間幅射劑量值。這些空間幅射劑量的一維剖析結果，貫串于ＧＥＯｐ星從方案到正樣的全部研發階段，成為指導星用電子元元件和材料的選用和訂貨、總劑母地面模擬試駐、總劑量幅射防護設計等的重要依據，同時也是對ｐ星作進一步空間幅射劑量剖析（三維剖析）的基礎。圖１的數學涵義如圖２所示。對于月球同步軌道上放置于具有一定質量面密度的實心屏蔽球的球心僥置的吸收體Ａ，幽１給出的是其在軌運行１０年期間所吸收的幅射劑量值與不同的屏蔽球直徑之間的關系圖２球心屏蔽模型深度劑量曲線數學含意示意圖很其實，將圖１應用于實際衛星工程時，它把衛星內部劑量點對全向空間的質量屏蔽簡化成了一維的均勻長度球殼的屏蔽。
但是，真實衛星的結構相當復雜，全向空間的帶電粒子從空間入射到星內某一特定設備內部的過程中，將經過衛星蒙皮、衛星結構件、其他星載儀器、儀器本身殼體等多種屏蔽，并強烈依賴于衛星實際的總體布局。這些復雜的幅射屏蔽具有兩個特征：一是劑量點在不同的空間入射方向上屏蔽各不相同，二是對于不同劑量點，全向空間的屏蔽狀況也各不相同。為此同步衛星，圖ｌ難以彰顯出以上差別，僅靠其基于均勻長度實心球殼屏蔽的一維深度劑量曲線來指導衛星的總劑量幅射防護設計及地面模擬試驗等，無疑相當簡略，這只能做為一種定性剖析與初步恐怕的手段。為此，為充分和詳盡了解衛星內部各關鍵部位的幅射劑量狀況，必須對衛星進行幅射劑量的三維剖析。３幅射劑量的三維剖析在我國“ＤＦＨ．３”下星的研發工程中，為進行衛星的＝維劑量剖析．依據衛星的總體布局圖紙，對兒臺犀上設備的在軌幅射劑量進行了手工估算。但其結果依然很簡略，緣由是衛星實際構象太復雜，要對那些設備在不同方向上的質量屏蔽進行剖析，只能作好多簡化，?。呤桥c實際ｐ星構象大不相符。并且花費了人量人力和時間。為此，要較確切地估算實際衛星內部各特定位置在軌運行期間的吸收劑量，必須尋求與實際的衛星工程相結合的估算與分折技巧。
ＣＡＤ／ＣＡＭ技術在衛星總體布局上的應用，為我們提供了新的技術思路和解決途徑。隨著我國衛星設計技術的進步，在ＥｕＣｌｉｄ軟件平臺上實現了衛星的計算機三維總體布局，雖然質是衛星在計算機上真實、完整的三維實體造型，包含了衛星所有產品（包括儀器設備、電纜、管道、結構件等等）的實際形狀、尺寸、質量特點、裝配關系等多種屬性。同時，Ｅｕｃｌｉｄ軟件平臺是一個開放平臺，具有很強的二次開發功能。在這一技術基礎上，我們針對月球同步衛星的真實構象和質量特點，實現了星內、外任意一點在全向空間不同方向上屏蔽質量分布的三維剖析，從而估算出該點的在軌幅射劑量值。因為考慮了衛星在不同方向上總體布局實際并且真實的差別，因而其結果比采用均勻長度實心圓球屏蔽的深度劑量曲線具有更強的工程性質和工程意義。這些星內幅射劑量的二維剖析方式，在我國幾顆ＧＥＯ衛星的研發過程中得到應用并不斷改進和建立，成為對衛星進行幅射防護剖析與設計的重要根據。衛星的Ｅｕｃｌｉｄ三維總體布局圖反映了衛星相當復雜的真實構象，仍不能直接用于整星質量屏蔽剖析，必須首先進行模型簡化：一是忽視一些對劑量估算影響不大的物體，二是將儀器設備的復雜形體加以近似簡化。
圖３是我國一顆ＧＥＯ衛星簡化后用于幅射劑量剖析的Ｅｕｃｌｉｄ三維總體布局模型，該模型具有如下特性：ａ．星上儀器設備的主要形體簡化為近似的簡單幾何體（如立方體、圓柱體、圓球等），并忽視儀器上的＿、安裝耳片、電纜插座、插座等次要形體的影響；ｂ．忽視太陽翼：ｃ．考慮通訊艙對／背地上板、衛星外部的天線、儲箱中的燃料；ｄ．考慮衛星表面包覆的多層隔熱材料；ｅ．考慮衛星各艙板上的線纜、管道和波導。圖３用于幅射劑量剖析的６Ｅ０衛星Ｅｕｃｌｉｄ三維簡化模型在圖３的衛星簡化模型中，選取要剖析的劑量點，從該點向星外全向空間引出若干條射線，從而將全向空間（４ｎ立體角）分割成若干具有一定立體角的小區域，每條射線對應一個小區域。之后估算出每條射線方向上，射線所穿透的衛星簡化模型中各儀器設備、結構件等的質量面密度，于是得到了劑量點在全向空間不同方向上基于衛星總體布局的屏蔽質量分布狀況。再結合圖ｌ的深度劑量關系曲線，就可以估算出每條射線所代表的小區域中經屏蔽后的空間幅射劑量，進而完成整星幅射劑量的三維剖析估算。４幅射劑量的三維剖析結果對圖３所示模型中的一臺設備，在考慮衛星布局對空間幅射的屏蔽以后，通過對幅射劑量的三維剖析．得到設備內部的幅射劑量與設備殼體長度之間的關系（圖４）。
這一剖析結果與圖１的深度劑量關系有本質上的區別，因為圖４考慮的幅射屏蔽模型是衛星實際布局而非簡單和理想的實心球，因而圖４比圖１具有更強的工程性質。在該設備的研發過程中，圖４給出了在軌期間設備內部電子元元件或材料必須本事受的空間幅射劑量水平，為元元件選用及設備的幅射防護設計提供了數據和根據。設備殼體長度（蛐Ａ１）圖４設備內部幅射劑量與殼體長度的關系對幅射劑量的三維剖析，同時可獲得劑量點在空間不同方向上基于衛星實際總體布局的幅射劑量分布狀況。為描述這些分布，將衛星座標系原點平移到劑量點Ｏ，假定ＯＡ是來自空間某一方向的射線．ＯＸ軸與ＯＡ在ＸＯＹ平面投影之間的逆秒針傾角為０）（逆秒針為正，范圍為０。－－３６００），ＯＡ與ＸＯＹ平面的傾角為０（逆秒針為正，范圍為－９０。－＋９０。），如圖５。在幅射劑量空間分布剖析時同步衛星，用角度０｝Ｈｏｏ來描述空間幅射的入射方向。圖５空間入射方向的表示對圖２衛星模型內部某設備所進行幅射劑量空間分布的剖析結果見圖６。因為衛星實際布局在各個方向上對該設備提供的質量屏蔽各不相同，圖６顯示了因而引起的該設備在各個方向獲得的空間幅射劑量的很大差別。圖中的劑量峰值區域對應的０和值代表的空間方向，表明了該設備在軌時空間幅射劑量的主要來源方向，而在其他方向上其所獲得的幅射劑量很小，乃至為０。
這些針對特定衛星的實際布局，對特定劑量點在空間各方向上吸收的幅射劑量的差別和分布的剖析，僅靠圖ｌ的深度劑量曲線無疑是難以完成的。圖６皇內設備的幅射劑量空問分布ＧＥＯ衛星的三維幅射劑量剖析結果，為衛星施行總劑量幅射防護提供了重要根據。尤其是對輻射劑量空間分布的剖析，可以推動一系列對衛星具有良好療效和較高效率的抗幅射設計和防護手段在Ｉ：程中的施行，包括衛星總體布局的抗幅射優化、設備內部布局抗幅射優化、抗幅射局部防護、關鍵設備幅射劑量剖析及防護等等。基于衛星實際布局的幅射劑量三維剖析方式，具有實際的工程意義。同時，在此剖析基礎上，可防止在衛星上統～采用抗幅射加固電子元元件，防止設備采用殼體整體加厚的幅射屏蔽防護，而代之以有針對性地用不同抗幅射等級電子元元件，代之以有針對性的幅射局部屏蔽防護或則無須屏蔽的布局優化等幅射防護，這無疑極大有利于衛星增加成本和衛星５結束語為滿足在軌期間的空間幅射要求，ＧＥＯ衛星行制中須進行幅射劑量剖析，為衛星抗總劑量幅射防護提供根據。在衛星行制早期，可進行幅射劑量的一維剖析：在衛星總體布局確定后，可對衛星進行詳盡的幅射劑量三維剖析?；冢牛酰悖欤椋滠浖脚_衛星三維布局圖的整星幅射劑量三維剖析方式，實現了衛星空間環境及效應剖析與實際衛星工程的緊密結合，其剖析結果為衛星抗幅射防護設計提供了工程化的剖析數據，Ｉ司時為一些新的幅射防護舉措創造了在衛星上施行的可能性，寬廣了衛星抗幅射防護設計的技術思