6、近地空间环境对航天器的影响及应对策略

近地空间环境对航天器的影响及应对策略

一、近地空间环境概述

近地空间环境复杂且动态多变，自太空时代开启以来，其与航天器的相互作用给卫星设计者带来了诸多挑战。由于无法完全模拟太空环境条件，在地面设计和测试的航天器进入轨道后，运行情况可能与预期不同，即便处于休眠模式，也会受到环境影响而性能下降。

近地空间环境主要分为四类：中性环境、辐射、等离子体和微流星体。不同轨道高度下，这些环境因素的影响有所不同。例如，在300公里及以下高度，与中性环境的相互作用占主导；随着高度增加到地球同步轨道，主要的环境相互作用变为与高能等离子体和外部辐射带的相互作用。

太阳对近地环境影响巨大，它辐射约(10^{27})瓦的能量，每秒发射约(10^{6})千克的质子和电子。太阳电磁辐射波长从0.2微米到约4微米，其中极紫外（EUV）区域可能对材料造成最大损害。此外，来自太阳系外的宇宙射线会与所有高度的航天器相互作用，在高海拔、极地轨道或南大西洋异常区（SAA）的卫星电子元件中影响最为严重。微流星体环境可能是自然的或人造的，与人造碎片的碰撞影响更为严重，不过在约2000公里以上的高度，人造碎片的影响会减小。

这些环境条件与航天器系统相互作用，常产生有害影响，且相互作用可能结合产生协同效应。例如，材料与原子物种的化学相互作用会改变材料表面性质，若该表面是散热器的一部分，会改变航天器的整体热平衡，进而影响卫星的运行温度和电力需求。

二、轨道因素的影响

1. 轨道要素

   • 卫星轨道是确定电力系统和热管理系统参数的重要因素，因为轨道类型决定了日食周期的频率和持续时间