空间环境及其对航天活动的影响

空间环境对卫星和航天器的影响和保护随着现代科技的不断发展，卫星和航天器的应用越来越广泛，并成为现代社会的重要基础设施之一。

然而，在太空运行过程中，卫星和航天器必须经过各种复杂的空间环境考验，如大气层、辐射、磁场、微重力环境等，这些环境都对其性能和寿命产生了深刻影响。

因此，为确保卫星和航天器能够安全、可靠地运行，就需要采取各种措施来保护它们免受空间环境影响。

一、空气动力环境对卫星和航天器的影响及保护空气动力环境是指卫星和航天器在运行过程中遇到的空气阻力、气动力、热辐射等环境。

空气动力环境对卫星和航天器的运行稳定性和寿命产生影响，其中比较显著的影响是空气阻力带来的速度减速和轨道高度的衰减。

因此，在设计卫星和航天器时需要考虑降低空气阻力，减缓轨道高度衰减的速度。

首先，可以采用避免阻力，减小阻力、减小有效面积或增加较大动力等措施来降低空气阻力。

其次，利用高温材料和隔热材料来保护卫星和航天器。

这样可以减小因为机身表面的热辐射而带来的损毁，减少卫星和航天器在高速运动过程中的热损伤或红外辐射。

同时，在卫星和航天器的设计中可以增加保护罩、降低载荷等措施来减小表面积，降低电磁阻力。

二、放射环境对卫星和航天器的影响及保护放射环境是指太空中的带电粒子和高能粒子所形成的辐射区域，当卫星和航天器运行过程中，会被带电粒子和高能粒子剧烈碰撞，从而产生剂量、损伤和辐射效应。

放射环境是一种高强度威胁，长期的放射影响可能导致卫星和航天器性能的降低、物理损伤和电子损坏。

为降低放射环境的影响，可以采用多重屏蔽防护措施，这种方法可以降低带电粒子的动能、延长其到达载荷的时间，并以此减少带电粒子对载荷/payload结构的碰撞，减轻电子损伤和细化放射物质的沉积。

同时，在卫星和航天器的设计过程中应选择更加抗辐射的材料，并对内部的电子元件进行涂层、封装处理，在有效减少电子组件损坏的同时，还可以提高载荷的影响度和灵敏度，提高卫星的性能。

三、磁场环境对卫星和航天器的影响及保护磁场环境是指地球磁场和太阳风等天体物理环境对卫星和航天器的影响。

大型空间环境对航天器在轨服务的影响航天器从运输、发射、人轨、返回地面，要经受各种环境的考验，特别是在空间长期运行期间，会遭遇很复杂的大型空间环境。

美国1965—1986年发射的航天器发生了近2000个异常现象与故障。

美国“探险者”14号、15号“电星一号”由于空间辐射而损坏。

“阿波罗13号”的失败，原苏联“联盟11号”在返回途中三名航天员的死亡，以及欧洲、日本、中国发射的航天器也出现了各种各样的故障。

这些故障很大程度上与大型空间环境有关。

空间环境很复杂。

包括真空、冷黑、太阳辐照、弱磁场、粒子辐照、磁层亚暴、微重力、原子氧、微流星、电离层等离子体等环境。

一、空间真空环境与其效应航天器入轨后始终运行在高真空与超真空环境中，所产生的效应如下：1.压力差效应，压力差效应在10-5—10-2Pa的粗真空范围内发生。

真空环境可能使密封舱变形或损坏，使储罐中校体或气体的泄漏增大，缩短了使用时间。

2.真空放电效应，当真空达到10-2Pa或更高时，在真空中分开一定距离的两个金属表面，在受到具有一定能量的电子碰撞时，会从金属表面激发出更多的次级电子。

它们还可能与两个面发生来回多次碰撞，使这种放电成为稳定态，这种现象称为放电。

它会使金属受到侵蚀，引起温度升高，使附近压力升高，甚至会造成严重的电晕放电。

射频空腔、波导管等装置，有可能由于微放电面使其性能下降，甚至产生永久性失效。

3.辐射传热效应，在真空环境下，航天器与外界的传热主要通过辐射形式，它表面的辐射特性对航天器的温度控制起着重大作用。

航天器中静态接触的部件，由于表面存在微小不均匀性和它们之间的真空空隙，使接触热阻增大。

4.真空出气效应，在高于10-2Pa的真空度下，气体会不断地从材料表面释放出来。

卫星材料在真空下消气，使高温处吸附的气体转移到低温处，造成低温表面污染，改变表面的性能。

严重的污染，会降低观察窗和光学镜头的透明度、改变温控涂层的性能、减少太阳能电池的光吸收率以及增加电气元件的接触电阻等。

空间环境对航天器性能的影响当我们仰望星空，想象着航天器在浩瀚宇宙中穿梭时，可能很少会去思考它们所面临的严峻环境挑战。

实际上，空间环境对于航天器的性能有着至关重要的影响。

首先，太空的真空环境是航天器必须应对的一大难题。

在地球上，我们生活在有大气压力的环境中，而太空几乎是完全真空的。

这种真空环境会导致航天器表面的材料蒸发和升华，从而影响其结构和性能。

例如，一些用于密封和润滑的材料可能会迅速挥发，导致部件磨损加剧，甚至失效。

温度的极端变化也是一个严峻的考验。

在太空中，航天器会直接暴露在太阳的强烈辐射下，一面可能会被加热到极高的温度，而另一面则由于没有阳光照射而极度寒冷。

这种巨大的温差会使航天器的材料产生热胀冷缩，可能导致结构变形、开裂，甚至影响电子设备的正常运行。

为了应对这种情况，航天器通常会采用特殊的隔热材料和热控系统来维持合适的工作温度范围。

宇宙射线和高能粒子的存在同样不容忽视。

这些射线和粒子具有很强的穿透能力，可能会对航天器的电子设备造成损害，导致数据错误、系统故障甚至设备完全损坏。

长期暴露在这种辐射环境中，还可能会使航天器的材料发生老化和性能退化。

为了减少辐射的影响，航天器会采用屏蔽材料来阻挡射线和粒子，但这并不能完全消除辐射的危害。

微流星体和太空碎片也是潜在的威胁。

尽管它们的个体很小，但在高速运动的情况下，它们撞击航天器时产生的能量极大。

哪怕是一个微小的撞击，也可能会在航天器表面造成凹痕、穿孔，损坏关键部件。

为了应对这种风险，航天器的外壳通常会采用坚固的材料，并配备监测和预警系统，以便及时采取措施避免严重的撞击。

空间等离子体环境也会对航天器产生影响。

等离子体中的带电粒子可能会干扰航天器与地面的通信，导致信号衰减、丢失或失真。

此外，等离子体还可能在航天器表面积累电荷，引发静电放电，从而损坏电子设备。

除了上述直接的物理影响，空间环境还会通过间接的方式影响航天器的性能。

例如，长期的太空任务会对宇航员的身心健康产生影响，从而间接影响航天器的操作和维护。

【博览】I太空探索太空自然环境影响航天活动文/宁艳王文梅2020年，世界航天的深空探测步 伐没有因为新冠肺炎疫情的影响而停滞 不前。

尤其是针对火星的探测，中国、美国、阿联酋纷纷发力。

与此同时，对 飞行器所处太空环境的关注也与日俱增。

太空环境也称为空间环境，是指 影响人类活动的、距地面几十公里高度 以上直至太阳的广阔空间内的环境，涵 盖的区域包括高层大气、电离层、磁层、行星际空间以及太阳活动区。

经长期研 究发现，对各类航天活动产生影响的主 要有以下几种太空自然环境。

真空环境飞行器处于太空高真空环境中，会受到压力差效应、真空放电效应、真 空出气效应、分子污染效应、紫外辐照 效应及黏着和冷焊效应等的影响。

其中 需要重点考虑的是紫外辐照及分子污染 效应的影响。

由太阳发出的紫外线有21%能不 受阻碍地穿过地球大气层到达地球表面，31%被反射回太空，29%通过散射到达地球，19%作为热量被大气吸收，而在轨飞行器表面会完全暴露在太阳紫外线中。

紫外线中的单个光子具有的能量，足以使许多物质的有机化学键断裂，对飞行器产生各种影响，具体包括：使光学玻璃、太阳能电池盖片等改变颜色，影响光谱的透过率；会改变热控涂层的光学性质，使表面逐渐变暗，对太阳辐照的吸收率显著提高，影响飞行器的温度控制；波长小于300纳米的紫外线照射到飞行器金属表面，由于光电效应而产生许多自由电子，使金属表面带电，飞行器的表面电位升高，将干扰飞行器的电磁系统。

飞行器在高真空环境中，当真空度高于10_2P a时，气体会不断从材料表面释放出来。

例如原先在材料表面吸附的气体，在真空状态下从表面脱附；原先溶解于材料内的气体，在真空环境中从材料内向真空边界扩散，最后在界面上释&脱离材料；渗透气体通过固体材料释放出来。

这些从飞行器材料中脱离的物质沉f只在飞行器其他部位造成飞行器表面污染。

严重的分会降低观察窗和光学镜头的透明度，改变热控涂层的性能，减少太阳能电池的光吸收率，器元件的接触&中性粒子环境中性粒子环境的影响主要是中性大气环境的阻力效应及原子氧对飞行器产生腐蚀作用。

宇宙环境对航天器电子设备的影响研究导言：随着航天技术的不断发展，航天器的任务和功能越来越多样化，对电子设备的要求也越来越高。

然而，航天器在宇宙环境中面临着极端的物理和化学条件，这对航天器的电子设备造成了严峻的挑战。

本文将研究宇宙环境对航天器电子设备的影响，探讨其对航天器性能和可靠性的影响，并介绍相应的解决方案。

第一章：宇宙环境的介绍在了解航天器电子设备受宇宙环境影响之前，首先需要了解宇宙环境的特点。

宇宙环境包括宇宙射线、高真空、极端温度和微重力等苛刻条件。

宇宙射线是来自太阳和其他天体的高能粒子，包括质子、电子、中子和伽马射线等。

高真空是指宇宙中的低压环境，没有大气压力和气体分子。

极端温度指的是宇宙空间中的温度范围，既有宇宙背景辐射的热量，也有来自太阳辐射的高温。

微重力是指在宇宙空间中，由于缺乏重力的作用，航天器处于几乎零重力状态。

这些宇宙环境对电子设备都会产生一定的影响。

第二章：宇宙环境对航天器电子设备的影响2.1 宇宙射线的影响宇宙射线对航天器电子设备的影响主要表现在辐射效应上。

宇宙射线可以产生电离和非电离的辐射效应，并对电子设备中的电子元件和电路产生损伤。

其中，电子元件受到电离辐射的影响，会导致电子迁移、能级变化和击穿等现象，从而降低电子元件的可靠性和性能。

非电离辐射则会引起电子设备中的位错和电荷积累，进一步破坏电子设备的工作机制。

因此，航天器的电子设备需要采取相应的辐射防护措施，如使用辐射硬化电子元件和隔离技术，以保证航天器的正常运行。

2.2 高真空的影响航天器在宇宙空间中没有大气压力和气体分子，因此处于高真空环境中。

高真空对航天器电子设备的影响主要表现在空气绝缘效应上。

在高真空中，电子设备的电绝缘能力会受到影响，可能导致电介质击穿和电流泄漏等问题。

此外，高真空环境也容易导致电子设备中的气体释放和高温效应，进一步降低设备的性能。

因此，对于航天器电子设备，需要采取合理的电绝缘和散热措施，以提高设备的可靠性和稳定性。

空间环境和航天工程叶宗海(中国科学院空间科学与应用研究中心，北京，100080)摘要概要描述近地空间环境对航天活动的影响，主要介绍高层大气、高能带电粒子、空间等离子体、空间碎片和微流量等空间环境对航天器轨道和姿态的影响，以及辐射损伤、机械损伤、化学损伤、航天器表面充放电、硬软错误、通信和测控的干扰等，评述国内外在研究上述这些影响的现状与进展，以及防止和减少这些影响的对策与措施。

关键词：空间环境，航天器故障，故障防护与对策。

1引言这里所指的空间环境是近地空间环境，近地空间是航天器最多、最活跃的区域。

在这一区域航天器所遭遇的环境有：高层大气、地磁场、地球重力场、高能带电粒子(银河宇宙线、太阳宇宙线、地球辐射带)、空间等离子体(电离层、磁层等离子体、沉降粒子)、太阳电磁辐射、微流星、空间碎片等。

这些空问环境直接关系到人类的生产活动与生活，特别是对曰益发展的航天活动、军事活动、通讯与导航系统，以及地面技术系统等都有着重要影响。

高层大气会影响航天器的轨道、姿态、温度改变，原子氧会引起航天器表面材料的剥蚀；高能带电粒子环境会使航天器的材料、器件、太阳电池、航天员等产生辐射损伤，使微电子器件和设备产生单粒子效应，使其出现软硬错误；空间等离子体会使航天器表面和深层介质充放电，导致航天器内产生电磁干扰引发航天器故障；空间碎片和微流星环境会使航天器及其设备产生机械损伤等等。

据统计，1971年2月至1986年11月美国卫星出现的1589次异常事件中，70％与卫星所处的空间环境有关，空间环境直接诱发的异常事件占16．7％，国内外的卫星故障分析表明，在所有卫星故障中，空间环境诱发的故障约占40％“’“。

例如，在1989年3月太阳上发生的一系一32—列大爆发，曾导致地球上西半球近60次的短波通讯中断或衰减，3月10日发生的一次7．5小时长寿命太阳爆发，伴随有高通量的太阳质子流；产生了长时间的地磁暴；因这一事件导致美国气象卫星一度中断向地面发送云图，导航卫星几天不能正常工作，军事系统跟踪的几千个空间目标近于失踪；由于沉降粒子注入使大气密度增加，低轨卫星受到异常加大的阻力，姿态几乎失去控制。

航空航天工程师的空间环境和宇航器设计航空航天工程师是一个极富挑战性和前沿性的职业，他们负责设计和开发飞行器和航天器，以在极端的空间环境中保证工作的顺利进行。

航空航天工程师需要了解并应对航天器在太空中所遭遇的各种环境因素，同时还要考虑宇航器的结构设计、材料选择以及系统功能等各方面因素。

本文将重点讨论航空航天工程师在空间环境与宇航器设计上的工作。

一、空间环境对宇航器的影响1. 真空环境：太空中几乎是真空，这意味着宇航器在航行时面临的是外部无压力的空气环境。

因此，宇航器的设计必须考虑到真空环境下的能源供应、热管理和材料性能等问题。

2. 温度变化：太空中的温度变化极其剧烈，从极低温下降到极高温上升。

因此，宇航器的设计需要考虑随温度变化而引起的材料膨胀和收缩，以及热控制系统的设计。

3. 微重力环境：在太空中，宇航员和宇航器都处于微重力环境下。

这对航天器的结构设计、人机工程以及动力系统都提出了一系列新的挑战，航空航天工程师需要考虑航天器在微重力环境下的运动和稳定性。

二、宇航器设计的关键考虑因素1. 结构设计：航空航天工程师需要设计宇航器的结构，以保证其能够在极端的空间环境下承受所有的力和压力。

他们需要考虑材料的强度、刚度和耐腐蚀性，以及宇航器的整体重量和稳定性。

2. 材料选择：在宇航器设计中，材料的选择至关重要。

航空航天工程师必须选择适合真空环境的耐高温、低温和抗辐射的材料，以保证宇航器的性能和寿命。

3. 能源供应：宇航器在太空中需要可靠的能源供应。

航空航天工程师需要设计太阳能电池板或核能系统，以提供宇航器所需的电力。

4. 通信和导航系统：在太空中，宇航器需要与地球上的控制中心进行通信，并进行准确定位和导航。

因此，航空航天工程师需要设计高效可靠的通信和导航系统。

5. 人机工程：宇航员需要在宇航器中进行各种任务和操作。

因此，航空航天工程师需要设计符合人体工程学原理的控制设备、座椅和环境，以确保宇航员能够在太空中舒适地工作。

空间天气影响空间天气是指地球附近空间环境条件的变化，这些变化可能包括太阳辐射、太阳风以及地磁活动等。

空间天气对人类的日常生活和高科技系统有着深远的影响。

了解空间天气的影响，对于保障航空航天安全、地面通信系统的稳定运行以及电力网络的可靠性至关重要。

对航空航天的影响空间天气对航空航天活动的影响主要体现在两个方面：一是太阳质子事件可能导致宇航员受到较高剂量的辐射；二是地磁暴可能干扰飞行器的电子导航系统，甚至导致卫星失效。

因此，在进行载人航天任务或发射卫星前，必须对太阳活动进行监测，并采取相应的防护措施。

对地面通信的影响太阳活动产生的高能粒子和电磁辐射能够影响到地球上的无线电波传播，进而影响广播通信、手机信号以及GPS定位的准确性。

特别是在极光带附近，强烈的地磁活动会显著扰乱无线电波的正常传输路径，造成通信中断或数据丢失。

对电力网络的影响地磁暴期间，地球磁场的剧烈变动会在电力线路中感应出电流，这种被称为地磁感应电流（GIC）的现象，可以导致变压器过热甚至损坏，从而引发大面积停电事件。

为了预防这种情况的发生，电力公司需要监控空间天气预报，并采取措施减轻潜在的威胁。

对生物健康的影响虽然直接证据有限，但有研究指出极端的空间天气事件，如强烈的太阳耀斑，可能会对飞行人员的心理健康产生短期影响。

同时，增强的紫外线辐射对地面上人类的皮肤健康也构成潜在风险。

总结与建议随着技术的发展和对空间环境认识的深入，人类对空间天气的预测能力在不断提高。

然而，面对日益复杂的空间天气现象，加强监测、预警和应对措施的研发仍然是必要的。

此外，公众教育同样重要，提高人们对空间天气现象的认识，有助于减少由此带来的不利影响。

通过上述分析可以看出，空间天气对现代社会的影响是多方面的，涉及航空航天、通信、电力供应乃至公共健康等诸多领域。

因此，关注空间天气，采取有效措施应对其带来的挑战，对于确保社会运行的稳定性和安全性具有重要意义。