第二百四十章 调研报告(2/2)

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那么人造卫星、空间站等航天器受的辐射到底是什么？

这要从上个世纪“太空竞赛”开始说起。

1957年，老毛子发射了人类第一颗人造卫星--sputnik1。

作为跟进，米粒家在1958年也发射了其第一颗人造卫星--explorer1，这颗卫星上装在了用来测量辐射剂量强度的盖革计数器。

范阿伦在观测到地球周边辐射现象后发出了：my god！space is radioactive（大意是：天哪！太空竟然是放射性的）的感慨。

因此，蓝星周边的这一辐射带被成为van allen belt （范阿伦带）。

范阿伦带分为内带和外带，宇宙射线或太阳风造成的带电粒子在到达蓝星时，在蓝星磁场的作用下受到洛伦兹力作用，被束缚在蓝星周边。

内带主要是带正电荷的质子组成，外带是带负电荷的电子组成。

根据内外带的大小，低轨道的卫星或者国际空间站都位于质子组成的内带。

而像北斗或者gps导航卫星等大都运行在较高轨道的卫星则更容易受电子组成的外带影响。

在外层空间辐射对航天器的损伤是普遍存在的。

根据nasa公布的文件《spacecraft system failures and anomalies attributed to the natural space environment（大意是：航天器系统失效和归因于自然空间环境的异常）》介绍了1973年到1995年间100多宗因空间环境引起的航天器故障。

其中，1989年的强太阳风暴发造成了45颗卫星失联。

另外，由于地球磁场的分布不均，地球不同上空的辐射强度也有所不同。

在南美洲南大西洋附近，有一块地球磁场较弱区，由于磁场较弱，其对带电粒子的束缚能力不强，导致质子更加靠近地球。

穿过该区域的低轨道卫星更加容易出故障。

约翰家的萨里卫星公司制造的uosat卫星，就曾记录了其穿越不同地球上空导致的异常，其在上述地球磁场较弱区域发生的异常数明显更多。

如果考虑到太阳风，由于太阳风暴期间，其抛射的带电粒子将严重影响范阿伦带原有的平衡。

在此期间，卫星工作更易受带电粒子影响。

拿北斗或者gps卫星导航系统来说，2017年9月8日，太阳爆发了近年来最强的耀斑，其引起的电离层扰动严重影响地面导航仪定位结果，用户的定位误差比以往大了好几倍。

那么，空间辐射怎么影响航天器安全的。

根据作用机理不同，大概可以分为3种。

第一种叫做“总辐射剂量（tid）”效应，现代电子大量采用场效应晶体管（mos），而场效应晶体管的栅氧层易受电离辐射影响，当到达一定剂量时就引起器件失效。

第二种叫“位移损伤（dd）”，当高能粒子打击晶格，会造成晶格内原子位置移动。

该项影响对卫星太阳能电池板影响最大，容易引起太阳能电池板效率下降，最终导致卫星供电不足。

第三种叫“单粒子事件（see）”，高能粒子在击中逻辑电路时容易造成电路逻辑翻转，如果运气不好，会使其进入死循环。

那么各国是如何防止或者避免航天器可能受到的空间辐射影响？

目前，对卫星、空间站上的设备一般采取加固。

比如，在“可编程逻辑门阵列”设计上，可以采用叫做三模块冗余（three module redundancy）的技术。

就是使用3份同样的器件表现进行表决，假设3份中不可能同时被打翻2份，以付出资源的代价换取系统的可靠性。

当然空间站也会采取特殊材料对空间辐射进行隔离减弱。

同样对于在外太空执行任务的航天员，其穿着的航天服也是经过防辐射设计的。

上面说的都是饶地卫星或空间站的情况。

对于深空探测，比如2017年9月15日坠入土星的卡西尼号，或者是已经飞出太阳系的旅行者号，则更多地受宇宙射线影响，但是原理是相通的。