• 卫星上某些有机材料在冷黑环境下会产生老化和变脆，影 响材料的性能。
六、空间原子氧环境与其效应
• 原子氧是低地球轨道大气的重要成分，美 国航天飞机的发射，使人们逐步认识到原 子氧环境的严重效应。特别对永久性空间 站，是必须考虑的一项重要环境。 • 在200-700km高度范围，大气的主要成分是 原了氧。原了氧对有机物与碳照会产生质 量损失，对银涂层产生氧化反应。
先天性畸形 生长发育障碍
四、空间微重力环境与其效应
如果航天器不是一个纯质点，且有其他星球引力
的作用，因此，航天器总是处于微重力条件下(约有
10-4g大小的重力加速度)。 对航天器的姿态及轨道稳定性有影响，需要不断 校正，近地卫星更是如此。 对航天员的生理健康有影响，易疲劳。
微重力使航天器的结构设计发生了变化，可采用
电离辐射生物效应类型及其特点
确定性效应
确定性效应(Deterministic effect)：是指辐射 效应的严重程度取决于所受剂量的大小。这种效应 有一个明确的剂量阈值，在阈值以下不会见到有害 效应，如放射性皮肤损伤、 生育障碍。
随机性效应
随机性效应(Stochastic effect)：是指辐射效应的发 生几率(而非其严重程度)与剂量相关的效应，不存在剂量 的阈值。主要指致癌效应和遗传效应。
3 主动防护方法
上方深色线表示没有防 护条件下的辐射剂量，中间 的最浅色线表示材料防护下 的辐射剂量，下方的浅色线 表示静电场防护下的辐射剂 量。 静电场防护结构需要在 防护区以外安装设备，因此 仅仅适合用于星球表面的辐 射防护，无法应用于载人飞 船。
图为静电场和材料防护条 件下的辐射剂量曲线：
二、磁场防护 所谓磁场防护是指在需要保护区周围产生一个磁 场，带电粒子进入该磁场将受到洛伦兹力作用，其运 动轨迹发生改变，无法到达受保护区。磁场防护方法 有约束磁场防护和非约束磁场防护两种。
辐射效应的分类
按效应发生的个体
按效应表现情况
—大剂量照射的
急性效应—急性放射病
按剂量-效应关系
躯体效应
—受照射远期发生的效应
— 白血病 — 癌症 — 白内障 — 不育
确定性效应
特殊的躯体效应—宫内受照后
随机性效应
胚胎和胎儿的效应：致死性效应 先天性畸形 生长发育缺陷 远期恶性疾病的诱发
遗传效应
—基因突变—发生在性细胞：遗传性疾病
空间环境及其效应
一、空间真空环境与其效应
• 航天器入轨后始终运行在高真空与超真空环境中， 所产生的效应如下。 • 压力差效应 • 真空放电效应 • 辐射传热效应 • 真空出气效应 • 材料蒸发、升华和分解效应 • 粘着和冷焊效应 • 空间大气密度对航天器的阻尼效应 • 真空下材料出气污染效应
二、空间弱磁场环境与其效应
七、空间微流星环境与其效应
• 微流星体通常指直径在1mm以下、质量在1g以下的
固体颗粒，它们在太阳引力作用下运动，其速度 相当于地球的平均速度，约为10～30km/s，最大 速度可达72km／s。 • 由于微流星体的速度很快，当它与航天器相撞时，
释放出巨大的能量，对航天器有很大的危害。
（沙蚀、影响太阳能电池效率；产生裂痕和撞击）
这种静电场防护结构由13个球 静电场防护结构图如下： 组成，中心球的内部为受保护
区域，半径为20m，球壳表面
电压为300MV;周围6个小球的 半径为10m，每个球的球心距 离中心球的球心50m，球壳表 面电压V=+300MV; 外层6个球 的半径为20m。每个球的球心 距离中心球的球心160m，球壳 表面电压V=－300MV。
五、空间冷黑环境与其效应
• 不考虑太阳与行星的辐射．宇宙空间的能量密度约为105w／cm2，相当于温度为4K的黑体发出的热量。在太空， 卫星体的热辐射全被太空所吸收．没有二次反射，这一环 境称为冷黑环境，又称热沉。 • 卫星上可伸缩性的活动机构，如太阳帆板、天线等，由于 冷黑环境效应，会使展开机构卡死，影响其伸展性能。
• 总之，空间环境极其复杂，各种环境效应 其成因及变化规律都需要仔细研究，并用 来指导航天器的设计制造以及运行。
躯体效应
躯体效应是指辐射在受到照射的个体本身诱发 出的各种效应（包括癌症），是生物体的体细胞受到
照射后产生的后果，因而不具有遗传性，受影响的只
是受到照射的个体本身。在辐射防护中提到效应时，
多指这类效应。
遗传效应
遗传效应是某个生物体在受到电离 辐射照射时其生殖细胞也受到照射，而
且受照射的生殖细胞内已产生了发生突 变的基因。
带电粒子被地球磁场捕获形成地球辐射带。地球辐射 带分为内辐射带和外辐射带，内外带之间是一个低辐射强 度区域。由于地球辐射高能带电粒子强度高，会对中、低 轨道航天器造成较严重的辐射效应。 太阳粒子辐射是太阳发射的高能粒子，主要是质子和 电子，其次是α 粒子，原子序数大于2的粒子较少。太阳宇 宙辐射分为平常期和异常期。平常期的太阳宇宙辐射称为 太阳风，是从太阳表面产生的质子和电子气体。异常期， 太阳色球层会发生局部短暂增亮的现象—太阳耀斑。太阳 耀斑一般持续30-50min，并伴随大量高能带电粒子和电磁 波发射。
• 是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负
电子组成的离子化气体状物质，它广泛存在于宇宙中。主 要分布于电离层以上（70km～3000km）
• 空间高温等离子体(带电粒子能量在几万电子伏以上)使卫
星充电，与等离子体的电位差可达10kv。这使卫星各部件 之间产生放电现象。放电中发出的电磁辐射将干扰卫星正 常工作，还可将卫星的部件击穿，造成永久性损坏。 • 等离子体环境对轨道上运行的卫星会引起卫星附加电阻力， 使探测仪器产生假信号，高压太阳阵电源系统漏电、大型 天线增益下降和指向精度减小等。
根据以上对空间电离辐射源的分析可知：
1、太阳粒子事件是一种潜在的辐射危险源，载人航天持续时 间越长，遭遇太阳粒子事件的概率越大。在星际飞行期间遭遇 特大太阳粒子事件，可发生严重的急性电离辐射效应，甚至威 胁到航天员生命。
2、根据NASA发表的计算结果，深空的银河宇宙辐射可以使航 天员接受0.6Sv/a的剂量，该值已经超过了国际放射防护委员 会第103号报告推荐的职业照射剂量限值0.5Sv/a。
而在银河宇宙辐射的能谱中，注量较大的铁离子能量 约1GV/核子，26MeV/核子的增量与其相比可以忽略。护 方法
3
为了防止真空击穿，2个球壳上的电场密度均不能低 于3×107V/m，球的半径需要达到数百米。因此，同心球 结构很显然无法应用于星际航行中的辐射防护。为了解 决上述问题提出了另一种静电场防护结构。
磁场的强度和方向是宇宙空间很重要
的环境参数。在星际空间或磁层内离地球 几个地球半径以外的区域，磁场较弱，只 有几个到几百个纳特。卫星受外磁场产生 的力矩作用，使卫星扭转。
亚磁环境
• 亚磁环境生物学效应的研究伴随着人类太 空探索计划而开始。空间辐射、失重、亚 磁或零磁是空间飞行面临的不同于地球的 主要环境因素，对生物产生不同程度的影 响。
人飞船或空间站是不现实的。
更为合理的防护方案是利用航天器舱内各仪 器、设备、燃料等物质科学的进行布局使各个方 向的屏蔽厚度保持均匀。由于各方面条件的限制 一般很难使各个方向的屏蔽厚度保持均匀。另外 其存在另一个问题是初级空间辐射与屏蔽材料相 互作用可产生次级辐射，如反冲质子、次级中子
等。
主动防护方法是指利用磁场或电场偏转入射带电粒子，将其 引离航天器，从而降低航天器内航天员的辐射剂量。包括静电场 防护、磁场防护(包括约束磁场和非约束磁场)及等离子体防护三 种载人航天的主动防护方法。 因为外层球壳带负电， 与电子产生斥力，通过相关 一、静电场防护 计算表明，能量不超过1MeV Vogler 等早期提出的静电 的电子将无法达到外层球壳 场防护为两球同心结构，内层 表面。 球内部为保护区。内层球壳表 而对于带正电荷的粒子， 面带正电荷，其电势为Va,外 外层球壳与其产生引力，带 层球壳表面带负电荷,电势为V 电粒子动能将有所增加，增 b。 量约为Ze|Vb|，若入射粒子 保护区 为铁离子，那么其增加能量 + 约26MeV/核子。
4 总结
不同的空间辐射主动防护方法适用于不同的任务：
辐射生物学效应: 是指在一定条件下, 射线作用于生物机体,从机体吸
收辐射能量开始, 引起机体电离或激发，引发体内的各
种变化及其转归，使人体中生物大分子(如蛋白质分子，
DNA分子和酶) 的结构破坏，进一步影响组织或器官的正
常功能，严重时导致机体死亡。
（二）空间电离辐射：
载人航天不可避免地要暴露于外层空间的辐射环境，空间 的电离辐射源主要有3种:银河宇宙辐射、地磁捕获辐射和太阳 粒子事件。 银河宇宙射线是高速运动的粒子流，含有85%的质子，13% 的α 粒子，和电荷数大于2的其他原子核（约2%）。银河宇宙 射线的粒子能量很高，最高可达1020ev。在近地轨道，由于地 球大气层和地磁的过滤与屏蔽作用，银河宇宙射线强度大大减 弱。另一方面，银河宇宙射线的强度与太阳活动的周期有关。 当太阳活动最强时，星际间磁场最强，反之最弱。
轻质柔性结构，可用很小的力来移动伸展大型构件。
五、空间磁层亚爆环境与其效应
• 磁层亚爆是磁层的高纬地区夜半侧和磁尾的强烈 扰动。扰动区域包括整个磁尾、等离子体片及极 光带附近的电离层，持续时间约1—2h。 • 当磁层发生亚爆时，航天器与热等离子体相互作 用，能量高达几千甚至几万电子伏的电子，积累 在表面可使航天器表面的负电位达到几千伏，甚 至上万伏。造成航天器的充电放电效应。
膨胀磁场与带电粒子的作用会 产生磁顶层边界，带电粒子无法 穿过磁顶层，会沿着磁顶层发生 偏转，实现对太阳风或其它高能 粒子的偏转，从而实现对航天员 和航天器的有效防护。 此外，通过调整飞行器姿态和 磁气圈的姿态，利用膨胀磁场与 太阳风之间所产生的相互作用， 可以实现对航天器的推进。右图 为利用等离子体引发磁场定向膨 胀空间工作示意图。