[发明专利]消减辐射环境模型不确定性对航天器性能评价影响的方法

说明书

本发明公开了一种消除或减小空间辐射模型不确定性对航天器性能评价影响的方法，基于现有的地球辐射带模型，确定航天器在轨期间在某一轨道和任务周期内的辐射带环境参数，从而确定开展航天器设计或评价时选定的参数，并利用地面模拟实验或数值仿真得到航天器或者航天器敏感材料的性能变化及其变化规律；基于确定的不确定因子，将一定不确定因子下的外露材料性能与不考虑不确定性时的性能进行比较，得到消除或减小空间辐射环境模型不确定性带来的影响所应选用的理想试验参数。本发明能够明确减小或规避空间辐射环境模型的不确定性所需要采用的模拟试验参数。

技术领域

本发明属于航空航天总体系统性能评价技术领域，特别涉及一种消除或减小空间辐射模型不确定性对航天器性能评价影响的方法。

背景技术

近地轨道带电粒子辐射主要来源于地球辐射带、太阳宇宙射线、银河宇宙射线，其主要成分是电子、质子及少量重离子。其中，地球辐射带环境是影响近地轨道航天器的最重要的辐射环境之一，通常可以分为内辐射带和外辐射带。地球辐射带的环境模型重要是AE系列电子辐射环境模型和AP系列质子辐射环境模型，目前最常用的AE8电子辐射环境模型和AP8质子辐射环境模型。最新开发的AE9电子辐射环境模型和AP9质子辐射环境模型仍在试用中，这些环境模型为静态平均环境模型。

航天器带电效应又称充放电效应，是指卫星与空间等离子体和高能电子等环境相互作用而发生的静电电荷积累及泄放过程，分为表面充放电效应和内带电效应。表面充放电效应是指卫星与空间环境相互作用下，电荷在卫星表面材料中积累和泄放的过程。内带电是指空间高能带电粒子穿过卫星蒙皮、结构、设备外壳，在星内的电介质或未接地的金属内部输运并沉积从而建立电场的过程。

通常在航天器的外表面采用防静电材料来防止充放电效应的发生，如在薄膜二次表面镜的表面镀上一层导电层如ITO，典型薄膜基二次表面镜如 ITO/Kapton/Al、ITO/F46/Al、ITO/Kapton/Ag、ITO/F46/Ag、OSR二次表面镜等。或者在材料中掺杂具有导电的材料如ZnO，典型的导电性热控涂层如ACR- 1热控白漆等。

虽然新一代空间质子和电子辐射环境模型AP9和AE9已经得到开发并逐步得到试用，但世界各国在航天器研制过程中大多数情况下仍然使用AP8和AE8 模型。这两个空间辐射环境模型的不确定性主要来源于以下几个方面：

一是太阳周期的依赖性。AE/AP模型只能提供太阳活动谷年或太阳活动峰年及其附近的通量，而不能提供太阳活动周期期间的变化。

二是瞬态性。AE/AP模型是统计模型，他们在提供周期为6个月或更长时间的平均通量是比较准确的，尤其是对由于地磁扰动引起的高纬度暂时变化是无法预测的。

三是方向性。AE/AP模型仅仅提供全向通量而不是任意角度的通量。

四是能量外推。以质子为例，在低于10MeV的AP8模型质子能谱是飞行数据的外推，这些外推数据的准确性有待评估。

五是南大西洋异常区(SAA)漂移。以质子为例，由于长期的地磁变化，质子通量在低纬度和高强度的SAA区域向西以每年0.3度速度漂移。AP8不能准确预测SAA区域的通量正确地理位置，但可以讲AP8预测通量以对应于AP8 数据库以每年0.3度向西漂移。在低于800km的高度，NOAA卫星数据结合 NOAAPRO模型可用于精确处理SAA的漂移。

然而，在开展航天器设计分析的过程中，由于空间辐射环境模型的不确定性，设计师往往根据空间辐射环境的平均模型，然后随机选择一个倍率(如2 倍)来确定空间辐射环境的参数，而对该不确定性对最终结果的影响没有开展相应的分析。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种消除或减小空间辐射模型不确定性对航天器性能评价影响的方法，该方法能够明确减小或规避空间辐射环境模型的不确定性所需要采用的模拟试验参数。

本发明采用了如下的技术方案：