[发明专利]一种用于评估空间器件发生单粒子事件效应的概率的方法

说明书

一种用于评估空间器件发生单粒子事件效应的概率的方法，该方法利用高能质子探测器实测的数据作为持续动态输入，利用粒子输运工具计算出不同能量粒子在卫星结构材料中的射程，并结合需要评估的空间器件的相关参数，其后依据高能粒子输入的空间通量谱结合粒子在卫星结构材料中的深度关系计算出高能粒子在目标位置处的空间通量谱，在获得目标位置处的空间通量谱后，结合不同能量下空间器件发生单粒子事件效应的概率之间的关系，最后获得在目标位置处在空间器件中发生单粒子事件效应的总概率。

技术领域

本发明涉及卫星在轨空间辐射环境效应防护管理领域，尤其涉及一种用于评估地球低轨道辐射带质子导致的空间器件发生单粒子事件效应的概率的方法。

背景技术

空间辐射环境的高能电子、高能质子及重离子等要素都会对卫星造成辐射效应危害，其中高能电子会对卫星造成辐射剂量、充电效应，而高能质子和重离子则还会造成另外一类辐射效应，也被称之为单粒子事件效应(Single Event Effect-SEE)。

空间粒子在穿越物质的过程中会由于受到原子核和核外电子形成的阻力而损失掉能量，而损失掉的能量将会转移给阻滞其的物质，单位内转移给阻滞物质的能量被称之为线性能量转移(Linear Energy Transfer-LET)，当LET值超过一定值就可能导致空间器件发生单粒子事件效应。根据在空间器件内的危害表现单粒子事件效应分为单粒子翻转、单粒子锁闭、单粒子瞬态等。运行在地球空间的卫星会遭受到宇宙线重离子和辐射带质子的辐照，重离子和质子都可以造成空间器件的单粒子事件效应，其中辐射带质子将通过与卫星物质发生核反应而产生重离子，进而造成卫星内的空间器件发生单粒子事件效应。

如果卫星内的空间器件发生单粒子事件效应，轻则造成数字逻辑位的翻转，诸如由“0”变“1”或由“1”变“0”，造成干扰，重则造成空间器件烧毁等，导致单机故障、甚至整星故障，前者被称之为单粒子翻转效应(Single Event Upset-SEU)，后者被称之为单粒子烧蚀效应(Single Event Burnout-SEB)。

由于卫星发生单粒子事件效应会对卫星造成干扰危害，因此，在卫星研制阶段、在轨管理及事后故障诊断阶段，开展对卫星空间器件发生单粒子事件效应的概率的评估是一种降低由于单粒子事件效应造成的危害的重要手段。

发明内容

本发明的目的在于，为了避免卫星在轨应用的空间器件由于空间质子造成的单粒子事件效应的危害而评估该事件效应发生的概率，本发明提供一种用于评估空间器件发生单粒子事件效应的概率的方法。

为实现上述目的，本发明提出了一种用于评估空间器件发生单粒子事件效应的概率的方法，该方法利用高能质子探测器实测的数据作为持续动态输入，利用粒子输运工具计算出不同能量粒子在卫星结构材料中的射程，并结合需要评估的空间器件的相关参数，其后依据高能粒子输入的空间通量谱结合粒子在卫星结构材料中的深度关系计算出高能粒子在目标位置处的空间通量谱，在获得目标位置处的空间通量谱后，结合不同能量下空间器件发生单粒子事件效应的概率之间的关系，最后获得在目标位置处在空间器件中发生单粒子事件效应的总概率。

具体步骤如下：

步骤1：利用粒子输运仿真工具计算不同能量的空间粒子在卫星结构物质中的入射深度的能量-射程关系和射程-能量关系；

步骤2：获得空间器件受遮挡深度，这里“受遮挡深度”是指空间器件离卫星表面的深度；

步骤3：获取待评估的空间器件的参数，包括σ_sat、L_1/e或σ_sat、L_th、W、S，空间器件参数由地面试验或者数值仿真获得，

其中:σ_sat为单粒子事件效应发生概率饱和截面，