[发明专利]太阳宇宙线模型选用方法

说明书

本发明提出了一种太阳宇宙线模型选用的方法及系统，包括太阳宇宙线模型的选用要求指令，基于分析、研究或试验的目的，从选用要求指令中获得需要对应的太阳宇宙线模型的数据要求。由于太阳宇宙线带来单粒子效应主要和瞬态粒子的能量与通量相关，而电离总剂量效应和位移总剂量效应则和累积粒子的能量和累积通量(注量)密切相关，当然航天员也会受到瞬时通量和累积通量的威胁。因此，需要根据航天器的在轨周期、关注的效应种类、分析的对象是效应还是概率等，从本申请中的多种不同的角度来选择符合太阳宇宙线模型选择指令要求的太阳宇宙线模型。

技术领域

本发明属于航天器相关的空间辐射环境设计及其引起的空间辐射效应分析、故障分析及地面环境参数设计技术领域，具体而言，本发明涉及一种太阳宇宙线环境模型的选用方法。

背景技术

太阳宇宙线是一种空间环境，它由宇宙中存在的所有元素组成，主要是由于太阳活动引起，但最主要的成分是质子，即氢(H)。太阳宇宙线是指太阳爆发性活动期间会发射大量高能质子、电子、重核粒子流，其中绝大部分由质子组成，有时又被称为太阳质子事件，或太阳粒子事件(SPE)。但从概念上存在稍有却别，通常，太阳爆发产生一系列太阳宇宙线的事件叫做太阳质子事件，太阳质子事件本身的环境叫做太阳宇宙线。

通常，太阳宇宙线的粒子可以由两类过程产生：一类是太阳耀斑，即太阳表面可以观测到的能量激发现象；另外一类是日冕物质抛射驱动的在行星际空间传播的激波。太阳宇宙线粒子的能量范围一般从10MeV到几十GeV。目前国际上公认的太阳质子事件标准是：在地球轨道附近即距离太阳1AU处，观测到的来源于太阳的能量大于10MeV的质子通量连续15分钟超过10pfu(p·cm-2·sr-1·s-1)。

一方面，太阳活动对太阳宇宙线存在调制作用，太阳质子事件的强度和出现的次数与太阳活动周期存在明显的相关性，规模较大的太阳质子事件多出现在太阳整体活动水平较高，即太阳黑子数较多的时期。统计结果表明，在太阳活动峰年附近，太阳质子事件出现较多，每年可有10次以上，由于太阳质子时间的偶发性特征，有时几个月没有1次，有时一个月中出现数次；在太阳活动低年，太阳质子事件出现的概率较低，一般一年只有3～4次，甚至更少。太阳粒子事件年爆发次数与年均太阳黑子数的对比关系见图1。

另一方面，地磁场对太阳宇宙线也有调制作用，太阳宇宙线进入地球磁场作用范围之后，会受到地球磁场不同程度的偏转，带电粒子抵抗地球磁场偏转的能力用磁刚度R＝APC/Ze来表示。来自地球磁层以外的带电粒子要穿越地球磁场，就要求粒子具有足够大的磁刚度。要从特定方向到达磁层中的特定点，要求粒子具备一定的能量，由于地球磁场的分布特性使得到达极区所要求的粒子能量就要比到达赤道地区要小得多。

此外，也存在太阳宇宙线的辐射损伤效应，从太阳宇宙线对航天器的累积作用来说，太阳宇宙线对航天器的长期累积作用主要分为电离总剂量效应和位移损伤效应，其机制是空间带电粒子入射到航天器吸收体(电子元器件或材料)后，对其产生电离作用，同时能量被吸收体中的原子电离而吸收，从而对航天器吸收体造成总剂量损伤，并呈现随着辐射时间的延长而加重的趋势，可引起电荷激活、电荷传输、价键变化、分解、缺陷密度增加、载流子寿命降低、光电器件暗电流增大、太阳电池辐射损伤增加等。

从太阳宇宙线对航天器的瞬时作用来说，太阳宇宙线对航天器的瞬时作用主要引发的单粒子效应，其机制是单个高能带电粒子在器件灵敏区产生大量带电粒子，引起半导体器件的软错误，使逻辑器件和存储器产生单粒子翻转，CMOS器件产生单粒子锁定，甚至出现单粒子永久损伤的现象。可以分为单粒子翻转、单粒子锁定、单粒子栅击穿、单粒子烧毁、单粒子功能中断、单粒子多位错误、单粒子暂态、单粒子诱导暗电流等。