航天器空间环境效应风险分析要求 编制说明.docx

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《航天器空间环境效应风险分析要求》

编制说明

1工作简况

1.1任务来源

本文件是国家标准委发[2025]32号下达的国家标准计划项目之一，由全国宇航技术

及其应用标准化技术委员会（SAC/TC425）提出并归口，空间环境分技术委员会（SAC/TC425/SC1）执行，北京卫星环境工程研究所牵头起草。

计划号T-491。

计划周期：2025年5月～2026年11月。

计划采标程度：无。

1.2制定背景

1.2.1航天器在轨运行过程中将遭受空间环境的威胁

航天器在轨期间将遭受来自于地球辐射带、银河宇宙线、太阳宇宙线、等离子体、原子氧、空间碎片与微流星体、真空等空间环境的威胁，造成航天器用材料、元器件等发生单粒子效应、总剂量效应、位移损伤效应、表面充放电效应、内带电效应、原子氧侵蚀效应、空间碎片与微流星体撞击效应等，造成其在轨故障甚至失效。为此，在航天器设计与研制过程中，需要对航天器面临的空间环境及效应开展防护设计，以提高其在轨安全和可靠性。

不同的空间环境可引起不同的效应，概括起来，主要包括单粒子效应、电离损伤总剂量效应（简称总剂量效应）、位移损伤总剂量效应（简称位移损伤效应）、表面充放电效应、内带电效应、原子氧侵蚀效应、空间碎片撞击效应等。主要空间环境引起的航天器损伤效应见图1。

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危害

危害单粒子效应

宇宙射线

材料位移损伤效应

太阳耀斑粒子

电离辐射损伤效应、材料内部充电

高能等离子体

带电效应

电流泄露

低能等离子体

材料溅射

原子氧

空间碎片

摩擦、磨损、阻塞、遮蔽

紫外辐射效应、高低温腐蚀、侵蚀、堵塞等

对流、扩散、出气、悬浮等

太阳电磁辐射微生物环境微重力环境

辐射带粒子

碰撞效应

尘、尘暴

剥蚀效应

环境

温度环境

真空环境

断裂、分层、脆化等

出气、压力差、冷焊等

图1空间环境对航天器的影响

1.2.2空间环境是导致航天器在轨风险故障的主要来源

国内外不同的统计数据均从一定程度上表明，空间环境是导致航天器在轨风险故障的主要来源之一。

美国空间探索技术公司SpaceX于2022年2月3日发射了49颗星链（Starlink）计划的卫星，受地磁暴事件等因素影响，38颗卫星无法到达预定工作轨道，将再入或已经再入大气层。2022年8月19日，强烈的太阳风暴使国际通信卫星组织的Galaxy15号卫星失去控制，该星之前曾于2010年4月5日因空间环境影响失去联系八个多月。对我国早期6颗地球静止轨道卫星的故障原因进行统计分析发现，由空间环境引起的故障占总故障的比例达到40%，如图2所示。

我国地球静止轨道卫星在轨故障统计

16%

16%27%

17%

40%

设计及工艺原因空间环境元器件质量其它未确定原因

图2我国早期6颗地球静止轨道卫星在轨故障数据统计

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1996年、1999年、2009年美国NASA和美国AEROSPACE公司三次对航天器在轨空间环境诱发异常进行了统计分析，见图3。

空间环境导致的航天器在轨异常统计

卫星异常比例60%

卫星异常比例

50%

40%

30%

20%

10%

0%

AEROSPACE/299

AEROSPACE/299

年例1996年MSFC/114例

年例

2009年AEROSPACE/476例

单粒子效应充放电效应总剂量、位移损伤效应原子氧腐蚀、碎片撞击等

图3由空间环境引起的卫星异常原因统计

从图中可以看出：在1996年的美国NASA发表的研究报告分析了从1974年至1994年的114起空间环境诱发的航天器异常事例，其中单粒子效应、总剂量效应、位移损伤效应、充放电效应导致的异常比例接近80%。1999年，美国AEROSPACE公司发表的研究报告，分析了从1971年至1997年的299起空间环境诱发的航天器异常事例，其中由空间辐射环境引起的占比接近90%。2009年，美国AEROSPACE公司在会议报告中披露了未正式发表的对1960年至2007年的476起空间环境诱发航天器异常的初步分析结果，其中，空间辐射环境引起的故障和异常占比接近80%。可见，空间环境及其效应是诱发航天器在轨异常的主要因素。

1.2.3现有空间环境分级不能满足航天工程任务的需要

现有空间环境事件的分级主要面对整体的空间天气环境，然而对于开展过空间环境防护设计的航天器本身对这些环境事件就具有一定耐受性，这就导致了利用空间环境