空間環(huán)境探測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

+ 王曉海 空間電子信息技術(shù)研究院 空間微波技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

空間環(huán)境探測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

+ 王曉海 空間電子信息技術(shù)研究院 空間微波技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

本文首先介紹了空間環(huán)境的基本含義，總結(jié)了空間環(huán)境的類型與特點(diǎn)，簡單闡述了空間環(huán)境探測(cè)的主要內(nèi)容和空間環(huán)境探測(cè)設(shè)備的基本情況，重點(diǎn)探討分析了空間環(huán)境探測(cè)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)，最后建議我國應(yīng)加強(qiáng)對(duì)空間環(huán)境探測(cè)技術(shù)的研究探索，促進(jìn)空間環(huán)境探測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展。

空間環(huán)境 環(huán)境因素 空間環(huán)境探測(cè) 效應(yīng)監(jiān)測(cè)

1 引言

在人類智慧與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展歷程中，人類迫切希望認(rèn)識(shí)和了解自己賴以生存的地球以外的世界，探索、觀測(cè)、分析空間環(huán)境各個(gè)要素的組成、分布和變化規(guī)律，研究宇宙起源、發(fā)展及變化規(guī)律，對(duì)月球及火星等深空環(huán)境進(jìn)行科學(xué)探測(cè)與研究，研究對(duì)空間環(huán)境具有重大影響的天體活動(dòng)規(guī)律。隨著航天事業(yè)的發(fā)展，人類活動(dòng)空間不斷向外太空延伸?？臻g環(huán)境正在越來越顯著地影響著人類的各種生產(chǎn)、生活，成為除陸地、海洋和大氣外的人類生存的第四環(huán)境。

空間環(huán)境是指日地空間對(duì)人類活動(dòng)構(gòu)成影響的所有環(huán)境因素，包括各種成分的帶電粒子、中性粒子、各個(gè)波段的電磁輻射、電磁場、微流星體和空間碎片等?？臻g環(huán)境是衛(wèi)星、飛船和空間站等航天器的運(yùn)行環(huán)境，也是導(dǎo)航、定位、通信等衛(wèi)星業(yè)務(wù)的路徑環(huán)境。它所涵蓋的區(qū)域包括地球高層大氣、電離層、磁層、行星際空間以及太陽活動(dòng)區(qū)域?？臻g環(huán)境中的各種效應(yīng)對(duì)在軌航天器的安全運(yùn)行以及航天員的身體健康構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅，同時(shí)對(duì)依賴于天基手段的人類活動(dòng)造成了不同程度的影響。

圖1 典型空間環(huán)境因素及其效應(yīng)

探測(cè)空間環(huán)境，了解空間環(huán)境不僅是航天活動(dòng)的重要科學(xué)目的，也是航天器安全保障的需要。由于變化的空間環(huán)境可能對(duì)航天活動(dòng)和技術(shù)系統(tǒng)造成重大影響，因此，有必要全面開展空間環(huán)境探測(cè)與研究，了解和掌握空間環(huán)境的一般狀況和變化情況，保障以航天器為依托的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)及科技活動(dòng)的安全?？臻g環(huán)境探測(cè)不僅是人類對(duì)自身生存空間認(rèn)知的需要，也是人類進(jìn)入空間確?？臻g系統(tǒng)安全的需要。

圖2 地球空間環(huán)境

2 空間環(huán)境的類型與特點(diǎn)

2.1 空間環(huán)境的類型

與航天器運(yùn)行有關(guān)的空間環(huán)境可分為中性環(huán)境、等離子體環(huán)境、輻射環(huán)境和宏觀顆粒環(huán)境4種類型。中性環(huán)境包括航天器周圍的氣體和從航天器表面材料釋放出來的氣體。因航天器的軌道不同，它們所經(jīng)歷的等離子體環(huán)境有很大差別。低地球軌道所處的環(huán)境為冷的、稠密的電離層等離子體，而地球同步軌道所處的環(huán)境是稀薄的、受亞暴直接影響的等離子體。電磁輻射環(huán)境包括太陽的電磁輻射和來自太陽、銀河系以及輻射帶的帶電粒子。宏觀顆粒環(huán)境包括微流星體和空間碎片。

2.2 空間環(huán)境的特點(diǎn)

空間環(huán)境具有以下特點(diǎn)：①受太陽輻射變化的直接影響；②受太陽風(fēng)與行星際磁場的影響；③受地磁活動(dòng)的直接影響：④變化的時(shí)間尺度范圍寬，從幾分鐘到11年；⑤與航天器發(fā)生相互作用；⑥會(huì)使航天器以及通信系統(tǒng)產(chǎn)生各種效應(yīng)；⑦受來自低層大氣一些物理過程的影響，如聲重波與雷電；⑧受人類活動(dòng)的影響，如空間碎片的數(shù)量。

3 空間環(huán)境探測(cè)主要內(nèi)容

空間環(huán)境探測(cè)的主要內(nèi)容包括：空間環(huán)境擾動(dòng)源的監(jiān)測(cè)、空間環(huán)境狀態(tài)及其變化監(jiān)測(cè)、空間環(huán)境對(duì)人類活動(dòng)的影響監(jiān)測(cè)3個(gè)方面。

3.1 空間環(huán)境擾動(dòng)源的監(jiān)測(cè)

空間環(huán)境擾動(dòng)的主要源頭是太陽大氣活動(dòng)。太陽日冕物質(zhì)拋射、高速太陽風(fēng)、凍結(jié)在太陽風(fēng)中的行星際磁場、行星際激波等是誘發(fā)地球磁層暴，進(jìn)而產(chǎn)生熱層暴的主要原因，而太陽耀斑等高能爆發(fā)活動(dòng)，是地球電離層暴、太陽高能粒子等事件的源頭。因此太陽耀斑、日冕物質(zhì)拋射、太陽風(fēng)、行星際磁場等是空間環(huán)境擾動(dòng)源必須監(jiān)測(cè)的內(nèi)容。為了將擾動(dòng)預(yù)報(bào)的時(shí)間提前，也需要對(duì)太陽大氣活動(dòng)的先兆現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如太陽活動(dòng)區(qū)、冕洞等的位置、結(jié)構(gòu)和演化等。

上述太陽大氣活動(dòng)的可見光、射電波段監(jiān)測(cè)主要在地面進(jìn)行。天基遙感監(jiān)測(cè)主要集中在遠(yuǎn)紫外、極紫外、X射線波段，為避免地球大氣雜散光影響，也安排天基太陽日冕的可見光監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)場監(jiān)測(cè)主要針對(duì)太陽拋射的各種帶電粒子、太陽風(fēng)等離子體，以及行星際磁場等的監(jiān)測(cè)。

3.2 空間環(huán)境狀態(tài)及其變化監(jiān)測(cè)

空間環(huán)境這里主要指人類活動(dòng)最多的空間區(qū)域環(huán)境，它包括磁層、電離層和中高層大氣。而深空環(huán)境的保障在我國目前還難以考慮，本文不做討論。地球空問環(huán)境從監(jiān)測(cè)對(duì)象分，包括：帶電粒子、等離子體、中性粒子和電磁場。適宜以現(xiàn)場監(jiān)測(cè)為主，遙感監(jiān)測(cè)為輔。

帶電粒子主要監(jiān)測(cè)磁層和輻射帶的捕獲粒子，也監(jiān)測(cè)來自太陽和宇宙的粒子。種類包括電子、質(zhì)子和重離子成分，能量從eV到GeV，要求多方向監(jiān)測(cè)。等離子體監(jiān)測(cè)主要包括電子和離子的密度和溫度等。中性粒子主要進(jìn)行中高層大氣的中性粒子密度、成分和風(fēng)場的監(jiān)測(cè)。電磁場的監(jiān)測(cè)以磁場、電場監(jiān)測(cè)為主，電磁波監(jiān)測(cè)為輔。

遙感和路徑監(jiān)測(cè)主要是對(duì)中高層大氣、電離層進(jìn)行監(jiān)測(cè)。包括大氣溫度、密度、成分、風(fēng)場、氣輝、高層閃電、電子密度總量、電子密度剖面等。

3.3 空間環(huán)境對(duì)人類活動(dòng)影響的監(jiān)測(cè)

空間環(huán)境對(duì)人類活動(dòng)的影響范圍較廣。目前我國比較關(guān)注的是影響航天器和航天員安全的環(huán)境效應(yīng)、影響通信導(dǎo)航定位等的電離層效應(yīng)等。

以航天器、航天員安全為核心的空間環(huán)境效應(yīng)主要包括輻射劑量效應(yīng)、航天器表面及深層充放電效應(yīng)、各種原因誘發(fā)的艙內(nèi)瞬態(tài)電磁脈沖干擾效應(yīng)、器件的單粒子效應(yīng)、空間原子氧的剝蝕效應(yīng)、航天器氣體污染效應(yīng)、空間碎片的碰撞效應(yīng)和沙蝕效應(yīng)等。

以影響通信、導(dǎo)航定位等的電離層效應(yīng)，包括電離層的閃爍、法拉第旋轉(zhuǎn)、信號(hào)相位和幅度漂移、信號(hào)失鎖。

以保障服務(wù)為目的的天基空間環(huán)境監(jiān)測(cè)，不同于以科學(xué)研究為目的的空間物理探測(cè)，最主要區(qū)別是空間環(huán)境監(jiān)測(cè)需要連續(xù)性和長期穩(wěn)定性。地面氣象的連續(xù)穩(wěn)定監(jiān)測(cè)已得到廣泛認(rèn)可，天基空間環(huán)境監(jiān)測(cè)也需要保持連續(xù)性和長期穩(wěn)定性。

4 空間環(huán)境探測(cè)設(shè)備概況

空間環(huán)境探測(cè)設(shè)備分為天基和地基兩大部分。天基空間環(huán)境探測(cè)設(shè)備是以衛(wèi)星、飛船和空間站等航天器作為探測(cè)平臺(tái)，對(duì)日地空間中帶電粒子、中性粒子、等離子體、電磁場、電磁波等空間環(huán)境要素進(jìn)行直接探測(cè)和遙感探測(cè)的設(shè)備。

天基空間環(huán)境探測(cè)設(shè)備種類繁多，從探測(cè)對(duì)象和工作原理可分為帶電粒子探測(cè)設(shè)備、等離子體探測(cè)設(shè)備、中性大氣探測(cè)設(shè)備、電磁輻射探測(cè)設(shè)備、電磁場及其波動(dòng)探測(cè)設(shè)備以及空間環(huán)境效應(yīng)探測(cè)設(shè)備等。根據(jù)探測(cè)區(qū)域不同可分為太陽大氣活動(dòng)探測(cè)設(shè)備、行星際探測(cè)設(shè)備、磁層探測(cè)設(shè)備、電離層探測(cè)設(shè)備、中高層大氣探測(cè)設(shè)備、空間碎片監(jiān)測(cè)設(shè)備和空間環(huán)境效應(yīng)探測(cè)設(shè)備等。

太陽大氣活動(dòng)探測(cè)設(shè)備主要針對(duì)日面高能電磁輻射和日冕可見光進(jìn)行探測(cè)。探測(cè)儀器具體包括太陽紫外流量計(jì)、太陽X射線探測(cè)器等高能電磁輻射流量和能譜類探測(cè)儀器，太陽紫外成像儀、太陽X射線成像儀、太陽分光日冕儀等成像類探測(cè)儀器以及太陽磁像儀等。

行星際探測(cè)設(shè)備主要針對(duì)太陽風(fēng)、行星際磁場、太陽能量粒子事件、日冕物質(zhì)拋射事件等進(jìn)行探測(cè)。探測(cè)儀器具體包括太陽風(fēng)等離子體探測(cè)儀、磁通門磁強(qiáng)計(jì)、太陽宇宙射線探測(cè)器、太陽能量粒子探測(cè)器、日冕物質(zhì)拋射白光成像儀等。

磁層探測(cè)設(shè)備主要針對(duì)磁層中帶電粒子和場進(jìn)行探測(cè)。其中，帶電粒子探測(cè)儀器具體包括高能質(zhì)子探測(cè)器、高能電子探測(cè)器、宇宙射線成份探測(cè)器、中能/低能離子成份探測(cè)器、低能電子探測(cè)器、等離子體探測(cè)器等；磁場、電場和低頻電磁波動(dòng)類探測(cè)儀器具體包括磁通門磁強(qiáng)計(jì)、空間電場儀、電子漂移計(jì)、低頻電磁波探測(cè)器等。此外，中性原子成像儀、極紫外成像儀等儀器用于對(duì)地球環(huán)電流和等離子體層進(jìn)行成像探測(cè)。

電離層探測(cè)設(shè)備主要針對(duì)電離層中的等離子體密度、溫度、漂移速度、總電子濃度和電子濃度剖面等進(jìn)行探測(cè)。探測(cè)儀器具體包括電子/離子探針、質(zhì)譜探針、光譜儀、磁力儀等。

中高層大氣探測(cè)設(shè)備主要針對(duì)中高層大氣密度、成份、風(fēng)場和發(fā)光現(xiàn)象進(jìn)行探測(cè)。探測(cè)儀器具體包括大氣密度探測(cè)器、大氣成份探測(cè)器、氣輝探測(cè)器、紫外輻射探測(cè)器、法布羅意干涉儀等，而遠(yuǎn)紫外成像儀、X射線成像儀等用于極光卵的成像監(jiān)測(cè)。

空間碎片探測(cè)設(shè)備主要針對(duì)太空中的微小碎片和微流星體等進(jìn)行探測(cè)。探測(cè)儀器具體包括半導(dǎo)體探測(cè)器、壓電薄膜探測(cè)器、等離子體探測(cè)器等。

空間環(huán)境效應(yīng)探測(cè)設(shè)備主要針對(duì)輻射劑量效應(yīng)、單粒子效應(yīng)、充電效應(yīng)、原子氧剝蝕效應(yīng)等一系列環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和試驗(yàn)。探測(cè)儀器具體包括各種輻射劑量儀、線性能量傳輸譜探測(cè)器、單粒子事件試驗(yàn)儀、航天器表面電位探測(cè)器、深層充電探測(cè)器、艙內(nèi)電磁脈沖探測(cè)器、原子氧剝蝕探測(cè)器、污染氣體探測(cè)器等。

5 空間環(huán)境探測(cè)發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀(jì)60年代，空間活動(dòng)剛剛起步，人類對(duì)空間環(huán)境的嚴(yán)酷性認(rèn)識(shí)不足，對(duì)空間特殊環(huán)境及其效應(yīng)不了解，航天器在軌故障率很高。隨著空間活動(dòng)的不斷深入，人們逐步認(rèn)識(shí)到空間環(huán)境是導(dǎo)致航天器在軌故障、早期失效的重要原因，并斥巨資建立了許多大型空間模擬器和動(dòng)力學(xué)環(huán)境設(shè)備，同時(shí)對(duì)電子、質(zhì)子、原子氧、紫外、電離層等離子體、微流星和空間碎片、污染等特殊環(huán)境及其效應(yīng)開展了廣泛的研究，以滿足不同軌道航天器長壽命、高可靠的需求。隨著空間環(huán)境及其效應(yīng)研究日益受到重視，航天器在軌故障顯著減少。

美國、歐洲等航天技術(shù)發(fā)達(dá)的國家都建立了完善的航天器空間環(huán)境工程研究體系，特別是建立了空間環(huán)境監(jiān)測(cè)衛(wèi)星體系，監(jiān)測(cè)空間環(huán)境并發(fā)布監(jiān)測(cè)、預(yù)警報(bào)告。收集的空間環(huán)境數(shù)據(jù)不但作為空間天氣預(yù)報(bào)、警報(bào)的輸入條件，也促進(jìn)了空間環(huán)境模型的完善，有力地保障了在軌航天器的安全，最大限度地發(fā)揮航天系統(tǒng)的效能。

目前，專門的空間環(huán)境業(yè)務(wù)衛(wèi)星應(yīng)該說還不存在。對(duì)空間環(huán)境的監(jiān)測(cè)主要是通過專門的空間環(huán)境研究衛(wèi)星和在通用業(yè)務(wù)衛(wèi)星上搭載空間環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備兩種方式實(shí)現(xiàn)的。許多空間環(huán)境研究衛(wèi)星在實(shí)現(xiàn)科學(xué)目標(biāo)的同時(shí)，形成了一定的業(yè)務(wù)能力，在常規(guī)的空間天氣業(yè)務(wù)中起著重要的作用。空間環(huán)境的探測(cè)范圍最初集中在地球附近軌道空間，隨著人類探索太空空間范圍的擴(kuò)大，探測(cè)范圍已逐漸擴(kuò)大到日地行星際空間、日球空間，乃至太陽系之外。但就目前情況來說，空間環(huán)境探測(cè)還主要集中在日地空間。對(duì)空間環(huán)境的探測(cè)大致可以分為太陽／太陽風(fēng)、地球磁層、熱層／電離層幾個(gè)區(qū)域。

科學(xué)衛(wèi)星有明確的研究目的，但許多衛(wèi)星為了實(shí)現(xiàn)科學(xué)目標(biāo)而設(shè)計(jì)的科學(xué)探測(cè)載荷的探測(cè)結(jié)果同樣可以滿足空間環(huán)境建模、空間天氣預(yù)報(bào)等業(yè)務(wù)需求。最為典型的就是美國研制發(fā)射的用于研究太陽天體系統(tǒng)的形成及演化過程的ACE（Advanced Composition Explorer）衛(wèi)星，以及歐盟與美國聯(lián)合研制發(fā)射的用于研究太陽內(nèi)部結(jié)構(gòu)、日冕及太陽風(fēng)起源的SOHO（Solar and Hemispheric Observatory）衛(wèi)星。ACE衛(wèi)星的實(shí)時(shí)太陽風(fēng)與行星際磁場觀測(cè)數(shù)據(jù)，以及SOHO衛(wèi)星的太陽X射線、紫外成像、太陽日冕成像與太陽磁場觀測(cè)數(shù)據(jù)是日常空間天氣預(yù)報(bào)、警報(bào)的重要數(shù)據(jù)。最近發(fā)射的Solar—B和STEREO（Solar Terrestrial Relations Observatory），能分別對(duì)太陽磁場三維結(jié)構(gòu)和日冕物質(zhì)拋射三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，具有非常重要的業(yè)務(wù)應(yīng)用前景。許多空間環(huán)境探測(cè)衛(wèi)星在開展空間環(huán)境過程研究和物理機(jī)制研究的同時(shí)，積累了大量長期觀測(cè)數(shù)據(jù)，在空間環(huán)境經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ降慕⑦^程中發(fā)揮了重大作用。

由于空間環(huán)境覆蓋面廣，各區(qū)域相互作用過程復(fù)雜，僅靠專門的空間環(huán)境衛(wèi)星很難完全滿足專業(yè)研究和業(yè)務(wù)需求。因此，在其他業(yè)務(wù)衛(wèi)星上進(jìn)行搭載探測(cè)試驗(yàn)也是空間環(huán)境探測(cè)的重要手段。美國通過環(huán)境衛(wèi)星GOES（Geostationary Operational Environmental Satellite）和POES（Polar orbiting Operational Environmental Satellite）、軍事氣象衛(wèi)星DMSP（Defense Meteorological Satellite Program）、全球?qū)Ш蕉ㄎ籊PS衛(wèi)星等各種系列衛(wèi)星開展空間環(huán)境搭載探測(cè)，積累了大量不同軌道高度的高能粒子、等離子體和大氣探測(cè)數(shù)據(jù)，為空間環(huán)境模型的建立與改進(jìn)提供了重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。其中，GOES衛(wèi)星上搭載的空間環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（SEM）能夠?qū)μ朮射線，近地空間的高能電子、高能質(zhì)子及電磁環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送至美國空間天氣預(yù)報(bào)中心（Space Weather Prediction Center,SWPC），直接用于空間天氣業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)。

通過專門的空間環(huán)境科學(xué)衛(wèi)星和搭載衛(wèi)星兩種方式，目前已有的業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)手段主要是通過ACE，SOHO衛(wèi)星和DMSP，GOES，POES，GPS等衛(wèi)星系列來實(shí)施的。監(jiān)測(cè)對(duì)象包括太陽成像、太陽輻射通量、磁場和太陽爆發(fā)活動(dòng)，太陽風(fēng)等離子體、行星際，磁層粒子和磁場，極光成像等。基本覆蓋空間環(huán)境主要業(yè)務(wù)范圍，滿足空間環(huán)境業(yè)務(wù)探測(cè)要素的基本需求。

近年來，隨著新計(jì)劃的實(shí)施，有些新的業(yè)務(wù)能力還將逐步形成。例如，新發(fā)射的COSMIC系列衛(wèi)星和STEREO衛(wèi)星將具備對(duì)電離層和太陽日冕活動(dòng)監(jiān)測(cè)的能力。歐洲的MetOp計(jì)劃將增強(qiáng)極區(qū)空間環(huán)境探測(cè)能力，提升POSE衛(wèi)星產(chǎn)品的數(shù)據(jù)刷新率。NPOESS（National Polar-orbiting Operational Environmental Satellite System）將替代POES系列和DMSP系列衛(wèi)星，提供大大優(yōu)于POES衛(wèi)星的空間環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。新一代的GOES衛(wèi)星將攜帶太陽極紫外探測(cè)儀，帶動(dòng)電離層、熱層大氣模式的擾動(dòng)預(yù)測(cè)能力的提升，從而更好地服務(wù)于衛(wèi)星軌道衰變預(yù)測(cè)。同時(shí)，由于衛(wèi)星壽命問題和計(jì)劃的不連續(xù)性，有些業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)也會(huì)中斷或失去，最典型的就是隨著ACE衛(wèi)星監(jiān)測(cè)能力的喪失，空間天氣業(yè)務(wù)將受到很大的影響。沒有該衛(wèi)星的探測(cè)數(shù)據(jù)，大量模式缺乏輸入數(shù)據(jù)，預(yù)報(bào)中心的許多預(yù)報(bào)、警報(bào)能力將喪失。而目前除中國的夸父計(jì)劃外，還沒有其他替代ACE衛(wèi)星的計(jì)劃。

6 空間環(huán)境探測(cè)發(fā)展趨勢(shì)

高能帶電粒子和高層大氣對(duì)航天器的安全危害最為嚴(yán)峻，所以未來幾年內(nèi)應(yīng)將空間環(huán)境監(jiān)測(cè)重點(diǎn)放在高能帶電粒子輻射探測(cè)與高層大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)，另外輔助探測(cè)等離子體環(huán)境、空間碎片和磁場等。

6.1 帶電粒子探測(cè)

帶電粒子輔射環(huán)境是航天器設(shè)計(jì)、航天員安金最為關(guān)心的環(huán)境。軌道空間的帶電粒子具有區(qū)域、方向和能譜分布的特點(diǎn)，并隨空間環(huán)境擾動(dòng)變化劇烈。空間粒子輻射的影響與飛行器的構(gòu)形結(jié)構(gòu)、姿態(tài)、器件材料的質(zhì)量等級(jí)、可靠性設(shè)計(jì)等密切相關(guān)。

6.2 軌道大氣探測(cè)

高層大氣在太陽耀斑、地磁暴期間，被高能輻射和帶電粒子加熱，大氣密度會(huì)有幾倍至幾十倍的增加，使航天器軌道下降很快。高層大氣的主要成分為原子氧，其強(qiáng)烈的活躍性能，對(duì)航天器表面材料、光學(xué)鏡頭、太陽電池均具有一定的剝蝕和污染效應(yīng)。高層大氣探測(cè)對(duì)航天器的軌道和姿態(tài)控制具有意耍的意義，同時(shí)對(duì)光學(xué)儀器和太陽電池的效率下降分析有一定的參考價(jià)值。

6.3 等離子體探測(cè)

監(jiān)測(cè)軌道空間的等離子體中的電子、離子密度和翻度的空間分布和時(shí)間分布。研究電離層等離子體對(duì)太陽活動(dòng)、磁暴、亞暴等空間天氣現(xiàn)象的響應(yīng)特性。電離層中的電子密度和溫度是重要的電離層參數(shù)，它可導(dǎo)致電磁信號(hào)的吸收、閃爍、延遲和法拉第旋轉(zhuǎn)等。

6.4 空間碎片探測(cè)

以微小空間碎片和微流星體探測(cè)為主，實(shí)測(cè)軌道空間的微小顆粒的數(shù)量和撞擊強(qiáng)度。特別監(jiān)測(cè)可能的“陣雨”型空間碎片和微流星體，評(píng)估空間碎片撞擊風(fēng)險(xiǎn)，確認(rèn)微小空間碎片的密度分布。

6.5 空間磁場探測(cè)

空間磁場也是空間環(huán)境重要的物理參數(shù)之一，空間磁場直接控制等離子體粒子的運(yùn)動(dòng)特性。同時(shí)，空間等離子體變化產(chǎn)生的感應(yīng)磁場為人們研究、監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)空間環(huán)境變化提供了有用的信息。空間磁場的變化反映出空間環(huán)境顯著的變化特征。探測(cè)航天器經(jīng)過區(qū)域的磁場參數(shù)為空間環(huán)境研究提供探測(cè)數(shù)據(jù)。

7 結(jié)語

空間環(huán)境探測(cè)對(duì)于衛(wèi)星在軌運(yùn)行階段避免風(fēng)險(xiǎn)和進(jìn)行故障診斷具有直接的作用，還有利于改進(jìn)空間環(huán)境防護(hù)措施；另外，隨著高性能器件、新型材料和高靈敏度探測(cè)器在航天工程中的應(yīng)用，不可能在設(shè)計(jì)階段完全避免空間環(huán)境引起的風(fēng)險(xiǎn)，所以空間環(huán)境及效應(yīng)監(jiān)測(cè)成為保障衛(wèi)星長壽命、高可靠，提高衛(wèi)星空間環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)水平的重要環(huán)節(jié)。

空間環(huán)境探測(cè)系統(tǒng)對(duì)于保證我國各類衛(wèi)星長期在軌運(yùn)行，提高我國空間環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)水平，促進(jìn)國產(chǎn)高性能芯片和低等級(jí)芯片在空問低風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)用，滿足各類應(yīng)用衛(wèi)星對(duì)提高性能的迫切需求，促進(jìn)我國空間環(huán)境及效應(yīng)領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展特別是地面試驗(yàn)方法的改進(jìn)和仿真分析工具的開發(fā)等多方面都具有重要的意義。

因此，建議我國應(yīng)加強(qiáng)對(duì)空間環(huán)境探 測(cè)技術(shù)的研究探索，促進(jìn)空間環(huán)境探測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展。

[1] 王世金、朱光武 “我國天基空間環(huán)境探測(cè)技術(shù)的發(fā)展”2006中國宇航學(xué)會(huì)飛行器總體專業(yè)委員會(huì)學(xué)術(shù)研討會(huì) pp178-181

[2] 徐穎、王世金 “低軌航天器的空間環(huán)境探測(cè)”2006中國宇航學(xué)會(huì)飛行器總體專業(yè)委員會(huì)學(xué)術(shù)研討會(huì) pp182-187

[3] 焦維新、田天 “空間環(huán)境研究的現(xiàn)狀與展望”《航天器環(huán)境工程》2007年12月第24卷第6期 pp337-340

[4] 于登云、向樹紅、于丹 “空間環(huán)境監(jiān)測(cè)與試驗(yàn)體系初步設(shè)想”《航天器環(huán)境工程》2008年6月第25卷第3期 pp205-208

[5] 焦維新 “國外空間環(huán)境試驗(yàn)與探測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)”《航天器環(huán)境工程》2008年6月第25卷第3期 pp212-214

[6] 王立、張慶祥 “我國空間環(huán)境及其效應(yīng)監(jiān)測(cè)的初步設(shè)想”《航天器環(huán)境工程》 2008年6月第25卷第3期 pp215-219

[7] 王月、王世金 “天基空間環(huán)境探測(cè)及應(yīng)用”《2008年中國空間科學(xué)學(xué)會(huì)空間機(jī)電與空間光學(xué)專業(yè)委員會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集》pp239-242

[8] 徐穎、王世金、朱光武、梁金寶、王月 “天基空間環(huán)境探測(cè)技術(shù)體系研討”《2008年中國空間科學(xué)學(xué)會(huì)空間機(jī)電與空間光學(xué)專業(yè)委員會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集》pp243-247

[9] 馮亮 “航天器空間環(huán)境初探及其展望”《2008年中國空間科學(xué)學(xué)會(huì)空間探測(cè)專業(yè)委員會(huì)第二十一屆學(xué)術(shù)會(huì)議論文集》pp44-50

[10]龔建村、劉四清、師立勤、陳趙峰 “空間環(huán)境天基探測(cè)現(xiàn)狀與需求分析” 《空間科學(xué)學(xué)報(bào)》2009年第29卷第3期 pp346-352

[11]范啟雄、張金城、劉菲 “軍事空間環(huán)境探測(cè)技術(shù)及其設(shè)備研究”《2009年國家安全地球物理專題研討會(huì)論文集》pp162-167

[12]王世金 “天基空間環(huán)境探測(cè)與發(fā)展建議”《2009年中國空間科學(xué)學(xué)會(huì)第七次學(xué)術(shù)年會(huì)論文集》

[13]徐穎、王世金、朱光武、梁金寶、秦國泰、王月、楊曉超“中國載人航天空間環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展”《科技導(dǎo)報(bào)》2010年第28卷第8期 pp110-115

[14]黃朝暉、丁凱 “空間環(huán)境及其探測(cè)手段”《現(xiàn)代物理知識(shí)》2012年第24卷第5期pp4-10

[15]院小雪、易忠、楊東升、劉向鵬、丁義剛 “新型空間環(huán)境效應(yīng)探測(cè)器技術(shù)及其應(yīng)用研究”《空間電子技術(shù)》2013年第1期 pp30-32

王曉海（1978.12-），男，碩士研究生/工程師，空間電子信息技術(shù)研究院空間微波技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。主要從事衛(wèi)星有效載荷技術(shù)情報(bào)搜集與研究分析工作。