發(fā)布時間：2020-04-13 23:08

【摘要】：空間輻射對電子學系統(tǒng)的輻射破壞造成衛(wèi)星故障,為了保障空間相機正常運行,提高在抗太空輻射和核環(huán)境的生存能力,使空間設備電子系統(tǒng)能在空間輻射環(huán)境下穩(wěn)定可靠工作,對基礎元器件和集成電路施以抗輻射防護加固是非常必要的。本文的研究工作基于空間輻射對衛(wèi)星電子系統(tǒng)影響及其加固展開,包含以下幾方面的內容:首先,論述了國內外關于空間輻射對衛(wèi)星相機電子學系統(tǒng)發(fā)生故障的統(tǒng)計分析以及研究進展,針對國內空間相機電子學系統(tǒng)空間輻射加固應用的瓶頸問題及各方法的特點進行了分析與比較,對本課題的背景及意義進行了說明。根據(jù)現(xiàn)在空間相機普遍采用的空間軌道情況,針對兩類典型軌道進行空間環(huán)境分析和研究。其次,以空間軌道1000 km高度臨界傾角(63.4度)、1000 km(99.95度)和650km(97.3度)太陽同步軌道空間輻射進行仿真比較分析和研究,分別對不同軌道高度傾角進行了質子、電子環(huán)境和空間輻射總劑量計算比較和分析。進一步,根據(jù)空間環(huán)境輻射統(tǒng)計特性,對太陽質子影響和高能電子暴影響結果進行分析。軌道空間輻射環(huán)境仿真分析比較,確定空間輻射模型,對于衛(wèi)星相機電子學系統(tǒng)抗輻射加固應用有重要的指導和工程實施意義。之后,在建立的比較符合實際的空間輻射模型的基礎上,對不同軌道高度的太陽同步和臨近軌道進行空間輻射仿真分析,通過加空間輻射屏蔽材料Al仿真分析計算對衛(wèi)星相機電子學系統(tǒng)空間輻射防護效果。分別在軌道高度1000 km空間輻射環(huán)境5年和8年系統(tǒng)運行周期輻射總劑量進行分析,經過分析比較,發(fā)現(xiàn)當Al作為屏蔽材料時,空間輻射總劑量隨著Al厚度增大剩余劑量變小漸進趨于飽和,因此僅依靠屏蔽材料厚度提高輻射屏蔽效果有其局限性,只能在一定范圍應用才能滿足電子系統(tǒng)空間輻射環(huán)境要求。針對微電子技術集成化高速發(fā)展,微電子器件特征尺寸越來越小,空間輻射呈現(xiàn)單粒子效應較為明顯,對空間輻射電子和質子通量率及其分布進行仿真分析和計算,得出在軌道高度1000 km空間環(huán)境下,5年和8年電子和質子空間環(huán)境的通量隨能量變化分布規(guī)律,對抗輻射加固方案設計和屏蔽加固工藝具有重要幫助。最后,依據(jù)第2、3章空間輻射仿真模型和輻射屏蔽材料衰減輻射劑量的變化規(guī)律,以及空間輻射粒子通量能量變化分布,針對1000 km軌道高度空間輻射環(huán)境一種滿足空間相機電子學系統(tǒng)在空間輻射環(huán)境下工作5年和8年的抗輻照新型復合防護材料。這種新材料既能在不增加尺寸厚度的情況下有效衰減輻射總劑量又能夠有效吸收空間電子和質子,達到降低微電子器件單粒子效應的結果。經過電子加速輻射實驗驗證,新的復合防護材料效果明顯,具有工程實用強的特點。
【圖文】：

和生產多層射線防護材料和抗輻射電子元器件的著名公司之一，他們的產品為伽利略衛(wèi)星計劃以及各種目的的長壽命航天器提供了可靠的保證。但由于受微電子工業(yè)技術發(fā)展水平的制約，我國目前還不能夠完全自主制等級的具有內抗輻射能力的宇航級電子元器件產品。應用于航天領域的高等級器件產品多數(shù)還需要從國外進口，而高質量等級（宇航級）的器件價格昂貴且時往往受到嚴格的禁運限制，因此目前國內航天領域多采用相對低一級質量等軍級）的器件進行抗輻射外防護的措施，如利用鉛（Pb）、鉭（Ta）等重金屬荷的電子線路板上對器件進行外加固屏蔽。這些措施對于在較低軌道上（一般km）運行的航天器而言，在一定程度上能夠提高器件的抗輻射能力。然而，，在面上粘貼金屬片，一方面，正像圖 1.1 所顯示的：當鋁作為屏蔽物其厚度達到值后，屏蔽作用已越來越��；另一方面，并未考慮金屬材料受高能粒子輻照后生的二次電離輻射效應。事實上，隨著衛(wèi)星軌道的提高由二次輻射所產生的γ 和 x 射線等，對微電子學器件的輻射損傷更加嚴重。

第 2 章 軌道空間環(huán)境分析對空間軌道 1000 km 高度臨界傾角（63.4 度）、1000 km（99.95 度）和 650 km（97.3 度）太陽同步軌道空間輻射進行仿真比較分析和研究，分別對不同軌道高度傾角進行了質子、電子環(huán)境和空間輻射總劑量計算比較和分析。進一步，根據(jù)空間環(huán)境輻射統(tǒng)計特性，對太陽質子影響和高能電子暴影響結果進行分析。2.1 軌道環(huán)境概述1000 km 高度臨界傾角（63.4 度）、1000 km（99.95 度）和 650 km（97.93度）高度太陽同步軌道位于內輻射帶內邊緣，遭遇的粒子輻射成分主要為高能質子和電子。
【學位授予單位】：長春理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V443.5

【參考文獻】

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本文編號：2626557