（中国空间技术研究院总体设计部．上海１０００８６）薹。空间带电粒子的总电离剂量效应造成卫星电子元元件和材料的性能退化，卫星研发过程中须对空间幅射剂量进行详尽剖析。卫星幅射剂量的一维剖析，采用均匀长度实心球屏蔽模型，不能确切反映卫星复杂的实际构象。而基于卫星ＣＡＤ总体模型的幅射剂量三维剖析，考虑了卫星复杂构象对空间幅射的屏蔽疗效．该方式具有更强的工程性质和意义，使空间环境及效应剖析与卫星实际工程得到紧密结关词Ｉ空间幅射幅射剂量幅射屏蔽卫星序言自１９５８年日本第一颗人造月球卫星“探险者～号”发现月球幅射带（ｖａｎＡｌｉｅｎ天然带）以后，经过４０多年的探求和研究，人类渐渐认识到近地空间参杂着各类高能带电粒子，这种带电粒子分别来自月球幅射带、太阳宇宙线和银河宇宙线，它们具有各类不同的能量和通量，随时空的变化而变化，并与太阳活动密切相关。高度约为３６０００ｋｍ的月球同步轨道（ＧＥＯ），坐落外幅射带的中心高度（２００００－３００００ｋｍ）之外，接近外幅射带外边沿。运行于月球同步轨道上的卫星，不可防止地遭受各类空间带电粒子幅射，带电粒子与星用电子元元件及材料互相作用，将形成各类空间幅射效应，因而对卫星引起一定程度的损伤与害处，甚至恐吓卫星安全。
ＧＥＯ卫星一般具有较长的寿命，因为空间带电粒子幅射的常年积累，在卫星在轨期间对卫星造成的电离总剂量效应愈显突出，成为了ＧＥＯ卫星设计研发中备受关注的重要空间幅射效应之一。在ＧＥＯ卫星研发过程中，需对卫星表面及内部一些关键部件在轨期间的空间幅射剂量进行确切剖析，作为卫星总剂量幅射防护设计与地面模拟试验的根据。２幅射剂量的一维剖析在ＧＥＯ卫星研发过程中，为了描述卫星在轨运行时所接受的空间总剂量幅射水平，在卫星研制的早期，对ＧＥＯ卫星的在轨空间幅射剂量进行一维剖析，给出空间幅射剂量与屏蔽长度之间的关系，即深度剂量关系。图Ｉ是工作寿命为ｌＯ年的ＧＥＯ卫星的深度剂量关系曲线，它采用球心屏蔽模型，给出了卫星在轨运行１０年期间，月球同步轨道上不同质量面密度（可等效为铝屏蔽长度）的实心屏蔽球的球心位置的空间幅射剂量值。这些空间幅射剂量的一维剖析结果，贯串于ＧＥＯｐ星从方案到正样的全部研发阶段，成为指导星用电子元元件和材料的选用和订货、总剂母地面模拟试驻、总剂量幅射防护设计等的重要依据，同时也是对ｐ星作进一步空间幅射剂量剖析（三维剖析）的基础。图１的数学涵义如图２所示。对于月球同步轨道上放置于具有一定质量面密度的实心屏蔽球的球心侥置的吸收体Ａ，幽１给出的是其在轨运行１０年期间所吸收的幅射剂量值与不同的屏蔽球直径之间的关系图２球心屏蔽模型深度剂量曲线数学含意示意图很其实，将图１应用于实际卫星工程时，它把卫星内部剂量点对全向空间的质量屏蔽简化成了一维的均匀长度球壳的屏蔽。
但是，真实卫星的结构相当复杂，全向空间的带电粒子从空间入射到星内某一特定设备内部的过程中，将经过卫星蒙皮、卫星结构件、其他星载仪器、仪器本身壳体等多种屏蔽，并强烈依赖于卫星实际的总体布局。这些复杂的幅射屏蔽具有两个特征：一是剂量点在不同的空间入射方向上屏蔽各不相同，二是对于不同剂量点，全向空间的屏蔽状况也各不相同。为此同步卫星，图ｌ难以彰显出以上差别，仅靠其基于均匀长度实心球壳屏蔽的一维深度剂量曲线来指导卫星的总剂量幅射防护设计及地面模拟试验等，无疑相当简略，这只能做为一种定性剖析与初步恐怕的手段。为此，为充分和详尽了解卫星内部各关键部位的幅射剂量状况，必须对卫星进行幅射剂量的三维剖析。３幅射剂量的三维剖析在我国“ＤＦＨ．３”下星的研发工程中，为进行卫星的＝维剂量剖析．依据卫星的总体布局图纸，对儿台犀上设备的在轨幅射剂量进行了手工估算。但其结果依然很简略，缘由是卫星实际构象太复杂，要对那些设备在不同方向上的质量屏蔽进行剖析，只能作好多简化，丁＿是与实际ｐ星构象大不相符。并且花费了人量人力和时间。为此，要较确切地估算实际卫星内部各特定位置在轨运行期间的吸收剂量，必须寻求与实际的卫星工程相结合的估算与分折技巧。
ＣＡＤ／ＣＡＭ技术在卫星总体布局上的应用，为我们提供了新的技术思路和解决途径。随着我国卫星设计技术的进步，在ＥｕＣｌｉｄ软件平台上实现了卫星的计算机三维总体布局，虽然质是卫星在计算机上真实、完整的三维实体造型，包含了卫星所有产品（包括仪器设备、电缆、管道、结构件等等）的实际形状、尺寸、质量特点、装配关系等多种属性。同时，Ｅｕｃｌｉｄ软件平台是一个开放平台，具有很强的二次开发功能。在这一技术基础上，我们针对月球同步卫星的真实构象和质量特点，实现了星内、外任意一点在全向空间不同方向上屏蔽质量分布的三维剖析，从而估算出该点的在轨幅射剂量值。因为考虑了卫星在不同方向上总体布局实际并且真实的差别，因而其结果比采用均匀长度实心圆球屏蔽的深度剂量曲线具有更强的工程性质和工程意义。这些星内幅射剂量的二维剖析方式，在我国几颗ＧＥＯ卫星的研发过程中得到应用并不断改进和建立，成为对卫星进行幅射防护剖析与设计的重要根据。卫星的Ｅｕｃｌｉｄ三维总体布局图反映了卫星相当复杂的真实构象，仍不能直接用于整星质量屏蔽剖析，必须首先进行模型简化：一是忽视一些对剂量估算影响不大的物体，二是将仪器设备的复杂形体加以近似简化。
图３是我国一颗ＧＥＯ卫星简化后用于幅射剂量剖析的Ｅｕｃｌｉｄ三维总体布局模型，该模型具有如下特性：ａ．星上仪器设备的主要形体简化为近似的简单几何体（如立方体、圆柱体、圆球等），并忽视仪器上的＿、安装耳片、电缆插座、插座等次要形体的影响；ｂ．忽视太阳翼：ｃ．考虑通讯舱对／背地上板、卫星外部的天线、储箱中的燃料；ｄ．考虑卫星表面包覆的多层隔热材料；ｅ．考虑卫星各舱板上的线缆、管道和波导。图３用于幅射剂量剖析的６Ｅ０卫星Ｅｕｃｌｉｄ三维简化模型在图３的卫星简化模型中，选取要剖析的剂量点，从该点向星外全向空间引出若干条射线，从而将全向空间（４ｎ立体角）分割成若干具有一定立体角的小区域，每条射线对应一个小区域。之后估算出每条射线方向上，射线所穿透的卫星简化模型中各仪器设备、结构件等的质量面密度，于是得到了剂量点在全向空间不同方向上基于卫星总体布局的屏蔽质量分布状况。再结合图ｌ的深度剂量关系曲线，就可以估算出每条射线所代表的小区域中经屏蔽后的空间幅射剂量，进而完成整星幅射剂量的三维剖析估算。４幅射剂量的三维剖析结果对图３所示模型中的一台设备，在考虑卫星布局对空间幅射的屏蔽以后，通过对幅射剂量的三维剖析．得到设备内部的幅射剂量与设备壳体长度之间的关系（图４）。
这一剖析结果与图１的深度剂量关系有本质上的区别，因为图４考虑的幅射屏蔽模型是卫星实际布局而非简单和理想的实心球，因而图４比图１具有更强的工程性质。在该设备的研发过程中，图４给出了在轨期间设备内部电子元元件或材料必须本事受的空间幅射剂量水平，为元元件选用及设备的幅射防护设计提供了数据和根据。设备壳体长度（蛐Ａ１）图４设备内部幅射剂量与壳体长度的关系对幅射剂量的三维剖析，同时可获得剂量点在空间不同方向上基于卫星实际总体布局的幅射剂量分布状况。为描述这些分布，将卫星座标系原点平移到剂量点Ｏ，假定ＯＡ是来自空间某一方向的射线．ＯＸ轴与ＯＡ在ＸＯＹ平面投影之间的逆秒针倾角为０）（逆秒针为正，范围为０。－－３６００），ＯＡ与ＸＯＹ平面的倾角为０（逆秒针为正，范围为－９０。－＋９０。），如图５。在幅射剂量空间分布剖析时同步卫星，用角度０｝Ｈｏｏ来描述空间幅射的入射方向。图５空间入射方向的表示对图２卫星模型内部某设备所进行幅射剂量空间分布的剖析结果见图６。因为卫星实际布局在各个方向上对该设备提供的质量屏蔽各不相同，图６显示了因而引起的该设备在各个方向获得的空间幅射剂量的很大差别。图中的剂量峰值区域对应的０和值代表的空间方向，表明了该设备在轨时空间幅射剂量的主要来源方向，而在其他方向上其所获得的幅射剂量很小，乃至为０。
这些针对特定卫星的实际布局，对特定剂量点在空间各方向上吸收的幅射剂量的差别和分布的剖析，仅靠图ｌ的深度剂量曲线无疑是难以完成的。图６皇内设备的幅射剂量空问分布ＧＥＯ卫星的三维幅射剂量剖析结果，为卫星施行总剂量幅射防护提供了重要根据。尤其是对辐射剂量空间分布的剖析，可以推动一系列对卫星具有良好疗效和较高效率的抗幅射设计和防护手段在Ｉ：程中的施行，包括卫星总体布局的抗幅射优化、设备内部布局抗幅射优化、抗幅射局部防护、关键设备幅射剂量剖析及防护等等。基于卫星实际布局的幅射剂量三维剖析方式，具有实际的工程意义。同时，在此剖析基础上，可防止在卫星上统～采用抗幅射加固电子元元件，防止设备采用壳体整体加厚的幅射屏蔽防护，而代之以有针对性地用不同抗幅射等级电子元元件，代之以有针对性的幅射局部屏蔽防护或则无须屏蔽的布局优化等幅射防护，这无疑极大有利于卫星增加成本和卫星５结束语为满足在轨期间的空间幅射要求，ＧＥＯ卫星行制中须进行幅射剂量剖析，为卫星抗总剂量幅射防护提供根据。在卫星行制早期，可进行幅射剂量的一维剖析：在卫星总体布局确定后，可对卫星进行详尽的幅射剂量三维剖析。基于Ｅｕｃｌｉｄ软件平台卫星三维布局图的整星幅射剂量三维剖析方式，实现了卫星空间环境及效应剖析与实际卫星工程的紧密结合，其剖析结果为卫星抗幅射防护设计提供了工程化的剖析数据，Ｉ司时为一些新的幅射防护举措创造了在卫星上施行的可能性，宽广了卫星抗幅射防护设计的技术思