序一

隨著我國(guó)綜合國(guó)力的不斷增強(qiáng)和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)航天事業(yè)取得了日新月異的發(fā)展，目前已有上百顆衛(wèi)星運(yùn)行在空間，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)中正發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

衛(wèi)星運(yùn)行的空間環(huán)境十分復(fù)雜。來(lái)自太陽(yáng)宇宙線、銀河宇宙線和地磁俘獲帶的各種帶電粒子構(gòu)成了空間天然輻射環(huán)境，空間輻射環(huán)境是造成衛(wèi)星在軌故障的主要原因之一。因此，如何確保我國(guó)在軌衛(wèi)星能夠安全地運(yùn)行于空間輻射環(huán)境中，并持續(xù)可靠地提供服務(wù)，是我國(guó)空間技術(shù)發(fā)展長(zhǎng)期面臨的重大基礎(chǔ)問(wèn)題。

衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)是確保衛(wèi)星在空間天然輻射環(huán)境中可靠運(yùn)行的共性關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)。國(guó)內(nèi)長(zhǎng)期從事衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)研究的專家和學(xué)者在多年研究成果的基礎(chǔ)上，編寫了本書。本書系統(tǒng)地介紹了空間輻射環(huán)境的基礎(chǔ)知識(shí)、衛(wèi)星空間輻射效應(yīng)的基礎(chǔ)概念、抗輻射加固技術(shù)的基本方法和工程實(shí)踐等，內(nèi)容豐富，材料翔實(shí)，是一本非常有價(jià)值的參考書。它有助于普及和宣傳空間輻射效應(yīng)及衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，有助于新從事衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)工作的人員入門，并可作為航天器設(shè)計(jì)人員、工程管理人員及相關(guān)研究人員的參考用書。

隨著航天技術(shù)的發(fā)展和新技術(shù)的不斷應(yīng)用，衛(wèi)星的整體性能將會(huì)不斷提高，衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)研究的對(duì)象、范圍和內(nèi)涵也將不斷發(fā)展和擴(kuò)大。本書的出版僅僅是對(duì)之前一段時(shí)間相關(guān)工作的總結(jié)，之后還需要不斷加強(qiáng)研究工作，不斷地總結(jié)和梳理相關(guān)領(lǐng)域的研究成果，為不斷發(fā)展的航天工程提供更先進(jìn)、更全面、更翔實(shí)的技術(shù)參考。希望不久的將來(lái)，能夠有更多關(guān)于衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)的專著出版。

中國(guó)科學(xué)院院士

2020年10月

序二

序二

衛(wèi)星在軌運(yùn)行期間，將面臨惡劣的空間輻射環(huán)境。國(guó)內(nèi)外航天實(shí)踐表明，空間輻射效應(yīng)是引起衛(wèi)星在軌故障的主要原因之一。衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)是為提高衛(wèi)星在輻射環(huán)境中的長(zhǎng)壽命高可靠運(yùn)行能力所采取的防護(hù)技術(shù)，目的是確保衛(wèi)星在其壽命期內(nèi)不因空間輻射損傷而導(dǎo)致功能異常、壽命縮短或任務(wù)失敗。

我國(guó)衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)研究已經(jīng)經(jīng)歷了40多年的發(fā)展歷程。在長(zhǎng)期面臨國(guó)際技術(shù)封鎖和國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)工業(yè)薄弱的情況下，研究人員克服了重重困難，付出了巨大努力，為我國(guó)各類航天器在軌可靠運(yùn)行提供了有力的抗輻射加固技術(shù)支持。伴隨著航天技術(shù)的不斷進(jìn)步，國(guó)內(nèi)從事相關(guān)領(lǐng)域研究的技術(shù)隊(duì)伍不斷發(fā)展壯大。我國(guó)衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)研究已逐步形成了具有中國(guó)特色的技術(shù)研究體系，取得了眾多的理論研究和工程應(yīng)用成果。形成的各種輻射效應(yīng)與損傷分析工具、從器件到系統(tǒng)級(jí)軟硬件抗輻射設(shè)計(jì)方法、各類輻射效應(yīng)模擬試驗(yàn)規(guī)范和評(píng)估方法、加固工程設(shè)計(jì)指南等已在我國(guó)各類衛(wèi)星和航天器型號(hào)研制中發(fā)揮了重要作用�？馆椛浼庸碳夹g(shù)研究成果為“核高基”等國(guó)家重大項(xiàng)目的成功實(shí)施提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，為“二代導(dǎo)航”“載人航天”等國(guó)家重大工程的建設(shè)提供了有力支持。目前，我國(guó)衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)研究地面模擬試驗(yàn)設(shè)施建設(shè)已經(jīng)得到了國(guó)家的高度重視，各類空間輻射模擬裝置和依托國(guó)家大科學(xué)工程建設(shè)的輻射模擬裝置必將為開(kāi)展衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)研究提供更加有利的條件，極大地促進(jìn)了抗輻射加固技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。

從“八五”計(jì)劃開(kāi)始至今，我國(guó)衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)預(yù)先研究一直得到原國(guó)防科工委、原總裝備部和裝備發(fā)展部的領(lǐng)導(dǎo)、關(guān)心和支持。我有幸經(jīng)歷了這段歷史，親眼見(jiàn)證了我國(guó)衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)從起步到發(fā)展成較完整技術(shù)體系的艱難歷程。在此期間，我參與組織和領(lǐng)導(dǎo)了多個(gè)五年計(jì)劃的衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)預(yù)先研究規(guī)劃編制和項(xiàng)目論證等技術(shù)研究工作，對(duì)我國(guó)衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)研究取得的巨大進(jìn)步和獲得的成果感到由衷的高興。遺憾的是，這些衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)的研究成果一直處于分散、零碎的狀態(tài)，缺乏全面系統(tǒng)的科學(xué)總結(jié)。這與航天工程的迫切要求形成了明顯反差。

由航天科技圖書出版基金資助出版的本書是目前比較系統(tǒng)全面地介紹衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)基本概念、空間輻射環(huán)境、輻射效應(yīng)與損傷機(jī)理、抗輻射加固設(shè)計(jì)以及模擬試驗(yàn)方法與加固效果評(píng)估等專業(yè)知識(shí)的專著。本書作者及其研究團(tuán)隊(duì)作為我國(guó)衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)研究和應(yīng)用的骨干力量，長(zhǎng)期奮戰(zhàn)在航天工程一線，在繁重的基礎(chǔ)技術(shù)研究和型號(hào)研制任務(wù)的過(guò)程中，完成了這本專著，其踏實(shí)、勤勉的作風(fēng)令人欽佩。本書的作者都是我長(zhǎng)期共事的同事和戰(zhàn)友，他們身上表現(xiàn)出來(lái)的以國(guó)家任務(wù)需求為己任、科學(xué)求實(shí)和自主創(chuàng)新的科學(xué)精神深深地感動(dòng)了我，這種作風(fēng)是 “兩彈一星”精神傳承的生動(dòng)體現(xiàn)。

本書是作者的長(zhǎng)期研究成果和工程應(yīng)用的總結(jié)，具有很強(qiáng)的技術(shù)前瞻性和工程實(shí)用性，可作為從事航天器工程管理、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)人員的參考用書，也可供相關(guān)領(lǐng)域?qū)�業(yè)人員、大專院校相關(guān)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)借鑒。我相信本書的出版必將使相關(guān)領(lǐng)域人員獲益，必將有力推動(dòng)衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)研究在我國(guó)航天強(qiáng)國(guó)建設(shè)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，我也期待有更多、更好的此類著作問(wèn)世。

2020年10月于北京

前言

航天器長(zhǎng)期運(yùn)行在空間輻射環(huán)境中，空間輻射效應(yīng)是影響其在軌壽命、可靠性的關(guān)鍵因素。衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)是為提高衛(wèi)星在空間輻射環(huán)境中的長(zhǎng)期可靠運(yùn)行能力所形成的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)，其研究目的是確保衛(wèi)星在壽命期內(nèi)不因空間輻射效應(yīng)導(dǎo)致功能異常、壽命縮短或任務(wù)失敗。衛(wèi)星抗輻射能力是衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計(jì)的綜合水平體現(xiàn)，其要求衛(wèi)星設(shè)計(jì)師掌握必要的衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)知識(shí)，并且在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要在器件、材料以及成本限制等條件下滿足衛(wèi)星系統(tǒng)任務(wù)對(duì)抗輻射性能的要求。隨著航天器技術(shù)的發(fā)展和航天器性能的不斷提高，更加先進(jìn)的電子系統(tǒng)和傳感器的應(yīng)用愈發(fā)普遍，其空間輻射損傷機(jī)理和影響更為復(fù)雜，對(duì)加固技術(shù)的要求也更高。因此，掌握空間輻射效應(yīng)的機(jī)理并采取合適的抗輻射加固技術(shù)是確保航天任務(wù)成功的重要技術(shù)保證。

衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)是伴隨空間技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一門新興多學(xué)科交叉技術(shù)，涉及航天器設(shè)計(jì)、空間物理、輻射物理、微電子、材料、計(jì)算機(jī)等多個(gè)學(xué)科，具有鮮明的工程特色，是空間系統(tǒng)在軌高可靠、長(zhǎng)壽命穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)，對(duì)衛(wèi)星性能提升和成本優(yōu)化具有重要影響。我國(guó)國(guó)內(nèi)開(kāi)展衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)的研究已有40多年的歷史，它在為我國(guó)各類航天器在軌運(yùn)行提供技術(shù)支持的同時(shí)，也促進(jìn)了眾多交叉學(xué)科技術(shù)的發(fā)展。隨著我國(guó)空間技術(shù)的飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)從事衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)相關(guān)研究的技術(shù)隊(duì)伍不斷壯大，急需一本系統(tǒng)地介紹衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)的專著，幫助衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)的從業(yè)人員全面了解相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論知識(shí)和研究概況。

為此，國(guó)內(nèi)長(zhǎng)期從事衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)研究的多位專家在原內(nèi)部出版物《衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)手冊(cè)》的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)數(shù)年研討修改，聯(lián)合編寫了本書。本書在系統(tǒng)介紹相關(guān)理論知識(shí)的同時(shí)，結(jié)合了作者及其研究團(tuán)隊(duì)的研究成果和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從空間輻射環(huán)境、輻射效應(yīng)及其分析方法、輻射效應(yīng)防護(hù)、加固性能試驗(yàn)評(píng)估等方面，系統(tǒng)介紹了衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)、基本原理和基本方法，以介紹衛(wèi)星抗空間天然輻射效應(yīng)及其加固技術(shù)為主，同時(shí)對(duì)衛(wèi)星抗人為輻射環(huán)境效應(yīng)及其加固技術(shù)進(jìn)行了概要介紹。全書由王立統(tǒng)稿，各章節(jié)主要作者如下：

第1章緒論——王立

第2章空間輻射環(huán)境——蔡震波

第3章空間輻射效應(yīng)——楊生勝，王立，于慶奎

第4章輻射效應(yīng)分析技術(shù)——蔡震波，曹州，王立

第5章抗輻射累積劑量效應(yīng)加固技術(shù)——華更新，楊生勝

第6章抗單粒子效應(yīng)加固技術(shù)——郭樹玲，張慶祥

第7章衛(wèi)星帶電效應(yīng)防護(hù)技術(shù)——王立，秦曉剛，李凱

第8章空間輻射效應(yīng)模擬試驗(yàn)技術(shù)——于慶奎，曹州，秦曉剛

第9章空間輻射環(huán)境及效應(yīng)在軌監(jiān)測(cè)技術(shù)——張慶祥，薛玉雄，李凱

第10章衛(wèi)星抗人為輻射加固技術(shù)——徐娜軍，高欣

我國(guó)衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)事業(yè)是由老一代航天技術(shù)專家奠基并開(kāi)拓的。在本書出版之際，作者衷心感謝張國(guó)富、楊兆銘、胡其正、鮑百容、張永維、朱文明、王碧云、范景德、藍(lán)增瑞等航天專家在此領(lǐng)域做出的巨大貢獻(xiàn)和對(duì)本書作者的悉心培養(yǎng)。

長(zhǎng)期以來(lái)，原總裝備部抗輻射加固技術(shù)專業(yè)組持續(xù)支持我國(guó)衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)預(yù)先研究和應(yīng)用研究，呂敏院士、喬登江院士、陳雨生研究員等專家長(zhǎng)期關(guān)心和指導(dǎo)相關(guān)研究工作，專業(yè)組組長(zhǎng)范如玉研究員為衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)研究?jī)A注了大量的心血，在他親自指導(dǎo)下，我國(guó)衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)研究，特別是衛(wèi)星系統(tǒng)抗輻射性能評(píng)估與試驗(yàn)技術(shù)邁上了一個(gè)新臺(tái)階。另外，抗輻射加固技術(shù)專業(yè)組陳偉研究員、唐民研究員、衛(wèi)新國(guó)研究員、張力研究員、楊筱莉研究員、肖志強(qiáng)研究員、胡剛毅研究員等眾多專家對(duì)本書寫作給予了大力支持，在此一并表示最衷心的感謝。

感謝中國(guó)空間技術(shù)研究院錢學(xué)森空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)室王慧研究員、陳穎副研究員、黃小琦助理研究員為本書出版在素材收集和圖文處理方面做的大量工作。

本書可作為航天器設(shè)計(jì)、工程管理人員及相關(guān)領(lǐng)域研究人員的參考書，也可作為高校相關(guān)專業(yè)研究生參考用書。衛(wèi)星抗輻射加固技術(shù)隨著空間技術(shù)的發(fā)展還在不斷完善中，其作為一門多學(xué)科交叉和工程實(shí)踐性極強(qiáng)的技術(shù)，涉及內(nèi)容廣泛，由于作者水平有限，書中不足之處在所難免，懇請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。

作者

2020年10月于北京