(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211262139.4 (22)申请日 2022.10.14 (71)申请人 北京空间飞行器总体设计 部 地址 100086 北京市海淀区知春路82号 申请人 哈尔滨工业大 学 （深圳） (72)发明人 呼延奇　修志杰　左平兵　沈自才　 曲少杰　郑玉展　李衍存　 (74)专利代理 机构 北京汇信合知识产权代理有 限公司 1 1335 专利代理师 林聪源 (51)Int.Cl. G06F 30/25(2020.01) G06F 16/27(2019.01) G06F 119/04(2020.01) (54)发明名称 一种模拟星表材料在轨剂量分布的地面辐 照试验方法 (57)摘要 本发明公开了一种模拟星表材料在轨剂量 分布的地面辐照试验方法， 包括： 基于卫星轨道 参数和设计寿命， 分析卫星在 寿命期内遭遇的包 含低能等离子体的电子和质子能谱； 基于星表材 料面密度、 应用状态以及轨道上的粒子能谱， 分 析星表材料在轨剂量 ‑深度分布曲线； 计算地面 容易获得的单能质子或电子在材料中沉积的电 离剂量随深度分布数据， 形成地面试验单能粒子 剂量分布数据库； 基于星表材料的在轨剂量 ‑深 度分布曲线， 从试验粒子数据库中挑选合适的粒 子能量、 粒子类型及总通量， 使选取的试验粒子 产生的剂量 ‑深度分布曲线组合后， 完整包络星 表材料厚度范围内的在轨剂量 ‑深度分布曲线； 基于此， 本发 明完整重 现星表材料在轨服役期间 遭受的电离剂量分布。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 115438559 A 2022.12.06 CN 115438559 A 1.一种模拟星表材 料在轨剂量分布的地 面辐照试验方法， 其特 征在于， 包括： 基于卫星轨道参数和设计寿命， 分析卫星在寿命期内遭遇的包含低能等离子体的电子 和质子能谱； 基于星表材料面密度、 星表应用状态以及轨道上的粒子能谱， 采用蒙特卡罗粒子输运 分析方法计算星表材 料在轨剂量 ‑深度分布； 基于蒙特卡罗粒子输运分析方法， 计算地面容易获得的不同单能质子或电子在材料中 沉积的电离剂量随深度分布， 形成单能粒子剂量分布数据库； 基于星表材料在轨剂量 ‑深度分布曲线， 从所述单能粒子剂量分布数据库中挑选合适 的质子或电子； 调整选定的质子或电子的总通量， 使选择的质子和电子产生的剂量 ‑深度分布曲线叠 加后， 完整包络星表材料实际厚度范围内的在轨剂量 ‑深度分布曲线， 实现对星表材料在轨 电离剂量分布的完整模拟。 2.如权利要求1所述的模拟星表材料在轨剂量分布的地面辐照试验方法， 其特征在于， 所述基于卫星轨道参数和设计寿命， 分析卫星在寿命期内遭遇的包含低能等离子体的电子 和质子能谱； 具体包括： 基于地球辐射带IRENE模型， 输入卫星轨道参数和设计寿命； 其中， 所述卫星轨道参数 包括但不限于卫星轨道近地 点高度、 远地 点高度和倾角； 基于IRENE模型中PM选项， 计算得到卫星在寿命期内遭遇的能量范围为1keV ‑10MeV的 电子能谱以及能量范围为1.15keV ‑2000MeV的质子能谱。 3.如权利要求1所述的模拟星表材料在轨剂量分布的地面辐照试验方法， 其特征在于， 所述基于星表材料面密度、 星表应用状态以及轨道上 的粒子能谱， 采用蒙特卡罗粒子输运 分析方法计算星表材 料在轨剂量 ‑深度分布； 包括： 基于星表材 料的厚度和密度， 计算星表材 料的面密度； 基于星表材料星上应用状态， 建立反映实 际应用状态的辐射屏蔽分析模型； 所述辐射 屏蔽分析模型包括但不限于 选择无限厚平板模型、 有限厚平板模型或实心球模型； 考虑空间粒子各向同性入射的状态下， 采用蒙特卡罗粒子输运分析方法计算星表材料 在轨剂量 ‑深度分布。 4.如权利要求1所述的模拟星表材料在轨剂量分布的地面辐照试验方法， 其特征在于， 地面模拟试验常用的单能质子的能量范围为50keV ‑500keV， 以50keV能量为间隔； 地面模拟 试验常用的单能电子的能量范 围为10keV ‑1MeV， 能量为100keV(含)以下时以10keV能量为 间隔， 能量 为100keV以上时以5 0keV能量 为间隔。 5.如权利要求4所述的模拟星表材料在轨剂量分布的地面辐照试验方法， 其特征在于， 在从所述单能粒子剂量分布数据库中选择合适的质子和电子时， 优先选择50 ‑500keV的质 子实现对星表材料浅表层剂量沉积模拟， 然后再选择10keV ‑1MeV的电子实现对星表材料较 深部位的剂量 沉积模拟。 6.如权利要求1所述的模拟星表材料在轨剂量分布的地面辐照试验方法， 其特征在于， 地面试验选择 的质子和电子叠加后形成的剂量分布曲线应包络星表材料厚度范围内的在 轨剂量‑深度分布曲线， 且试验曲线与在轨曲线的偏差范围应在[0％,10 0％]。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115438559 A 2一种模拟星表材料在轨剂量分布的地面辐照试验方 法 技术领域 [0001]本发明涉及 卫星空间环境工程设计技术领域， 具体涉及 一种模拟星表材料在轨剂 量分布的地 面辐照试验方法。 背景技术 [0002]1、 轨道粒子辐射环境 [0003]地球轨道卫星不可避免地暴露于空间带电粒子辐射环境中， 空间带电粒子是能量 为几个eV至几GeV的连续能谱， 能量小于100keV的粒子通常被称作等离子体， 而能量大于 100keV的部分则通常称为高能粒子辐射。 空间低能粒子射程较短， 主要将自身 能量沉积于 卫星表面材料中； 而高能带电粒子能穿透卫星结构屏蔽， 通过电离相互作用、 核相互作用等 不同的能量传递物理过程， 将粒子自身能量传递给星 上材料， 造成电离总剂量损伤。 对于星 表材料在轨性能而言， 其主 要的影响来自能量 为1keV以上的粒子 。 [0004]当前卫星工程设计中采用的地球辐射带AP8/AE8模型， 粒子能量下限分别为 100keV(质子)和40keV(电子)， 没有包含能量更低的keV量级的等离子体； 在地球中高轨道 上， 能量在keV量级的热等离子体密度显著高于高能粒子， 因此， 在分析对星表材料电离辐 射损伤时需要纳入低能粒子的贡献。 [0005]在新一代地球辐射带模型IRENE中增加了全新的空间等离子体模型， 可以对能量 较低的质子、 电子的通量进行分析。 IRENE模型可以给出电子 能量范围为1keV ‑10MeV， 质子 能量范围为1.15keV ‑2000MeV， 空间范围为2≦L值≧10。 基于IRENE模型， 可以实现对卫星轨 道上低能粒子通 量的分析， 弥补了AP 8/AE8模型中缺少等离 子体环境的不足。 [0006]2、 星表材 料剂量分布 [0007]星表薄膜、 涂层、 镀层等星表材料在卫星热控材料， 以及一些大型天线、 遮光罩、 太 阳电池帆板等部件中得到了大量的应用。 由于星表材料长期暴露于空间， 直接与 空间环境 相互作用， 其性能会发生改变和退化。 空间粒子辐射是主要的空间环境危害之一， 在空间粒 子辐射环境中星表材料的物理化学性质会发生改变， 对星表材料的影响表现为材料的热学 性能、 力学性能和导电性能发生变化， 包括材料表面太阳发射率和吸收率、 材料电阻率变化 以及材料龟裂等。 [0008]星表材料在轨服役过程中受到空间不同能量的电子和质子的辐照， 电子和质子都 会使卫星表面材料 的性能发生衰退。 由于空间粒子具有连续能谱特性， 导致星表材料吸收 剂量随厚度上 的沉积并不均匀； 低能质子和电子在材料浅表层沉积剂量， 而高能质子和电 子沉积在表面的剂量只有一小部 分， 大部分剂量都能沉积材料较深的部位。 另外， 由于不同 轨道上空间粒子的种类、 能谱和通量存在显著差异， 导致不同轨道上星表材料的剂量 ‑深度 分布特征也明显不同。 [0009]3、 地面辐照试验 [0010]对于长寿命卫星而言， 星表材料在空间使用期间的性能退化情况是设计师非常关 心的问题。 地面辐照试验是提供评估依据的重要手段， 但地面辐照试验无法重现空间环境说　明　书 1/5 页 3 CN 115438559 A 3