發(fā)布時(shí)間：2020-04-13 23:08

【摘要】：空間輻射對(duì)電子學(xué)系統(tǒng)的輻射破壞造成衛(wèi)星故障,為了保障空間相機(jī)正常運(yùn)行,提高在抗太空輻射和核環(huán)境的生存能力,使空間設(shè)備電子系統(tǒng)能在空間輻射環(huán)境下穩(wěn)定可靠工作,對(duì)基礎(chǔ)元器件和集成電路施以抗輻射防護(hù)加固是非常必要的。本文的研究工作基于空間輻射對(duì)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(nèi)容:首先,論述了國內(nèi)外關(guān)于空間輻射對(duì)衛(wèi)星相機(jī)電子學(xué)系統(tǒng)發(fā)生故障的統(tǒng)計(jì)分析以及研究進(jìn)展,針對(duì)國內(nèi)空間相機(jī)電子學(xué)系統(tǒng)空間輻射加固應(yīng)用的瓶頸問題及各方法的特點(diǎn)進(jìn)行了分析與比較,對(duì)本課題的背景及意義進(jìn)行了說明。根據(jù)現(xiàn)在空間相機(jī)普遍采用的空間軌道情況,針對(duì)兩類典型軌道進(jìn)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(jìn)行仿真比較分析和研究,分別對(duì)不同軌道高度傾角進(jìn)行了質(zhì)子、電子環(huán)境和空間輻射總劑量計(jì)算比較和分析。進(jìn)一步,根據(jù)空間環(huán)境輻射統(tǒng)計(jì)特性,對(duì)太陽質(zhì)子影響和高能電子暴影響結(jié)果進(jìn)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(duì)于衛(wèi)星相機(jī)電子學(xué)系統(tǒng)抗輻射加固應(yīng)用有重要的指導(dǎo)和工程實(shí)施意義。之后,在建立的比較符合實(shí)際的空間輻射模型的基礎(chǔ)上,對(duì)不同軌道高度的太陽同步和臨近軌道進(jìn)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(jì)算對(duì)衛(wèi)星相機(jī)電子學(xué)系統(tǒng)空間輻射防護(hù)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(yùn)行周期輻射總劑量進(jìn)行分析,經(jīng)過分析比較,發(fā)現(xiàn)當(dāng)Al作為屏蔽材料時(shí),空間輻射總劑量隨著Al厚度增大剩余劑量變小漸進(jìn)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(yīng)用才能滿足電子系統(tǒng)空間輻射環(huán)境要求。針對(duì)微電子技術(shù)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(yīng)較為明顯,對(duì)空間輻射電子和質(zhì)子通量率及其分布進(jìn)行仿真分析和計(jì)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(zhì)子空間環(huán)境的通量隨能量變化分布規(guī)律,對(duì)抗輻射加固方案設(shè)計(jì)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(duì)1000 km軌道高度空間輻射環(huán)境一種滿足空間相機(jī)電子學(xué)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(fù)合防護(hù)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(zhì)子,達(dá)到降低微電子器件單粒子效應(yīng)的結(jié)果。經(jīng)過電子加速輻射實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,新的復(fù)合防護(hù)材料效果明顯,具有工程實(shí)用強(qiáng)的特點(diǎn)。
【圖文】：

和生產(chǎn)多層射線防護(hù)材料和抗輻射電子元器件的著名公司之一，他們的產(chǎn)品為伽利略衛(wèi)星計(jì)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(shù)發(fā)展水平的制約，我國目前還不能夠完全自主制等級(jí)的具有內(nèi)抗輻射能力的宇航級(jí)電子元器件產(chǎn)品。應(yīng)用于航天領(lǐng)域的高等級(jí)器件產(chǎn)品多數(shù)還需要從國外進(jìn)口，而高質(zhì)量等級(jí)（宇航級(jí)）的器件價(jià)格昂貴且時(shí)往往受到嚴(yán)格的禁運(yùn)限制，因此目前國內(nèi)航天領(lǐng)域多采用相對(duì)低一級(jí)質(zhì)量等軍級(jí)）的器件進(jìn)行抗輻射外防護(hù)的措施，如利用鉛（Pb）、鉭（Ta）等重金屬荷的電子線路板上對(duì)器件進(jìn)行外加固屏蔽。這些措施對(duì)于在較低軌道上（一般km）運(yùn)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(dāng)鋁作為屏蔽物其厚度達(dá)到值后，屏蔽作用已越來越�。涣硪环矫�，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(yīng)。事實(shí)上，隨著衛(wèi)星軌道的提高由二次輻射所產(chǎn)生的γ 和 x 射線等，對(duì)微電子學(xué)器件的輻射損傷更加嚴(yán)重。

第 2 章 軌道空間環(huán)境分析對(duì)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(jìn)行仿真比較分析和研究，分別對(duì)不同軌道高度傾角進(jìn)行了質(zhì)子、電子環(huán)境和空間輻射總劑量計(jì)算比較和分析。進(jìn)一步，根據(jù)空間環(huán)境輻射統(tǒng)計(jì)特性，對(duì)太陽質(zhì)子影響和高能電子暴影響結(jié)果進(jìn)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(nèi)輻射帶內(nèi)邊緣，遭遇的粒子輻射成分主要為高能質(zhì)子和電子。
【學(xué)位授予單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V443.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2626557