基于空間輻射環(huán)境角度的在軌衛(wèi)星風(fēng)險(xiǎn)分析及核保建議

郭幸 劉藝童

摘? 要：近年隨著衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，保險(xiǎn)公司承保的在軌衛(wèi)星數(shù)量逐漸增多，但衛(wèi)星風(fēng)險(xiǎn)研究未有相應(yīng)的發(fā)展。鑒于空間輻射環(huán)境是造成衛(wèi)星在軌故障的主要原因之一，本文基于空間輻射環(huán)境因素（主要是空間高能帶電粒子），分析了衛(wèi)星軌道、空間天氣及抗輻射設(shè)計(jì)對衛(wèi)星在軌風(fēng)險(xiǎn)的影響，對衛(wèi)星在軌保險(xiǎn)核保提出了針對性的建議，為航天保險(xiǎn)提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：在軌衛(wèi)星? 空間輻射環(huán)境? 帶電粒子? 在軌風(fēng)險(xiǎn)? 核保

中圖分類號(hào)：V443? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）10（a）-0016-06

Abstract： In recent years， with the continuous development of the satellite industry， the number of in-orbit satellites insured by insurance companies has gradually increased， but satellite risk research has not developed accordingly. In view of the fact that space radiation environment is one of the main causes of satellite orbit failures this paper analyzes the influence of satellite orbit， space weather and anti-radiation design on the risk of on–orbit satellite based on the space radiation environment factors （mainly high-energy charged particles in space）. Finally targeted suggestions on the underwriting of on-orbit satellite insurance are put forward for insurance companies to provide technical support for aerospace insurance.

Key Words： On-orbit satellite; Space radiation environment; Charged particles; On-orbit risk; Underwriting

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，全球衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)張，已成為帶動(dòng)全球航天經(jīng)濟(jì)增長的重要引擎。艾瑞咨詢發(fā)布的2019年《中國商業(yè)航天發(fā)展研究報(bào)告》顯示，從2012—2017年，全球衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量持續(xù)增長，特別是小衛(wèi)星數(shù)量，增長了16倍;中國發(fā)射的航天器入軌數(shù)量在2018年也成倍增長。

隨著發(fā)射衛(wèi)星的增多，在軌衛(wèi)星出現(xiàn)的故障也逐漸增多，航天保險(xiǎn)模式呈現(xiàn)新的發(fā)展趨勢。目前我國已經(jīng)是一個(gè)航天大國，航天保險(xiǎn)市場在承保能力上也可以比肩歐美，但在風(fēng)險(xiǎn)評估、核保報(bào)價(jià)能力等方面與國際航天保險(xiǎn)市場存在著一定差距。

目前國內(nèi)保險(xiǎn)公司核保人在進(jìn)行在軌衛(wèi)星核保時(shí)首先考慮衛(wèi)星平臺(tái)和載荷的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，其次考慮損失定義和保障期間等保險(xiǎn)條件的設(shè)置，但對在軌衛(wèi)星運(yùn)行的空間輻射環(huán)境考慮較少，而國內(nèi)外統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，空間輻射環(huán)境特別是宇宙帶電粒子輻射是引起衛(wèi)星故障異常的主要原因之一，可能造成很大損失，如2010年5月4日高能電子誘發(fā)的深層充放電效應(yīng)導(dǎo)致銀河-15衛(wèi)星發(fā)生故障，相關(guān)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)向銀河-12衛(wèi)星;2003年10月萬圣節(jié)太陽風(fēng)暴中，太陽質(zhì)子事件導(dǎo)致46顆通信衛(wèi)星發(fā)生異常，日本先進(jìn)地球觀測衛(wèi)星-2完全失效。

鑒于空間輻射環(huán)境特別是宇宙帶電粒子輻射為在軌衛(wèi)星很大風(fēng)險(xiǎn)因素，并且至今尚未有文章對這方面風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行論述，本文將對空間環(huán)境中帶電粒子輻射造成的在軌衛(wèi)星風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，并就衛(wèi)星在軌保險(xiǎn)核保提出針對性的建議。

1? 空間環(huán)境帶電粒子輻射簡介

衛(wèi)星在軌運(yùn)行期間，遭受的空間環(huán)境帶電粒子輻射主要來自于宇宙射線，包括銀河宇宙射線、太陽輻射和地球輻射帶。

銀河宇宙射線大部分為質(zhì)子和重離子，但高能重離子的通量比質(zhì)子通量低幾個(gè)量級(jí)。能量低于1 GeV 的銀河宇宙射線粒子通量受到太陽活動(dòng)周期的影響，在太陽活動(dòng)極大年，通量小;在太陽活動(dòng)極小年， 通量大。另外，在赤道附近地磁磁場線平行于地球表面， 大部分帶電粒子被地磁場所偏轉(zhuǎn)，銀河宇宙射線粒子通量最小;而在地磁場的南北極，由于磁場線垂直于地球表面，高緯度的銀河宇宙射線粒子就能沿著磁力線進(jìn)入兩極，因此該區(qū)域銀河宇宙射線粒子輻射通量最大。

與衛(wèi)星故障相關(guān)的太陽輻射主要是太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射（ CME） 。太陽耀斑射線中絕大部分是質(zhì)子（占90 %以上），故稱為太陽質(zhì)子事件，持續(xù)時(shí)間較短，約幾個(gè)小時(shí)。日冕質(zhì)量噴射具有較大的質(zhì)子通量， 持續(xù)時(shí)間較長，約幾天。日冕噴射的等粒子體質(zhì)量要遠(yuǎn)高于太陽耀斑發(fā)射的質(zhì)量。太陽活動(dòng)周期大約7 ～14 年，平均11 年。

地球內(nèi)輻射帶和外輻射帶內(nèi)存在著大量被地磁場捕獲的高能帶電粒子，主要是電子和質(zhì)子。內(nèi)輻射帶距地面中心高度為3000 km～1 re （re 為地球半徑）左右，南北緯40°以內(nèi)，主要是捕獲質(zhì)子，峰值范圍150～250 MeV;南大西洋異常區(qū)（SAA）輻射帶粒子密度更高，200km高度即有高能質(zhì)子存在;在兩極地區(qū)由于磁力線的聚積作用， 極區(qū)高能粒子的通量也較大。外輻射帶中心位置高度約3.5～5re，南北緯55°～70°以內(nèi)，主要捕獲高能電子，能量最大可達(dá)到10MeV。外輻射帶的電子通量比內(nèi)輻射帶高一個(gè)數(shù)量級(jí)。

2? 空間環(huán)境帶電粒子輻射對在軌衛(wèi)星造成的損失效應(yīng)

空間環(huán)境帶電粒子輻射對在軌衛(wèi)星產(chǎn)生的損失效應(yīng)主要為總劑量效應(yīng)、單粒子效應(yīng)和充放電效應(yīng)。

2.1 總劑量效應(yīng)

總劑量效應(yīng)包括電離總劑量效應(yīng)和位移損失效應(yīng)，該效應(yīng)對電子元器件和材料的損傷并非是瞬時(shí)產(chǎn)生的，而是經(jīng)過通過時(shí)間積累逐步形成的。

電離總劑量效應(yīng)是帶電粒子在半導(dǎo)體器件內(nèi)產(chǎn)生電子空穴對，形成氧化物陷阱電荷和界面陷阱電荷，從而導(dǎo)致電參數(shù)發(fā)生漂移，引起器件功能失效。一般半導(dǎo)體器件均受電離總劑量的輻射影響。

位移損失效應(yīng)為入射粒子與半導(dǎo)體中周期性晶格原子發(fā)生碰撞，形成空位-間隙對缺陷，造成位移損傷，會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體的器件參數(shù)退化或永久性失效。敏感元器件主要有雙極晶體管和太陽能電池、CCD、CMOS 圖像傳感器、光耦、LED 等光電器件。

2.2 單粒子效應(yīng)

單粒子效應(yīng)是空間單個(gè)高能質(zhì)子和重離子穿越單元電路敏感區(qū)時(shí)，產(chǎn)生的電子-空穴對被器件內(nèi)部的電場收集，引起器件存儲(chǔ)、輸出的變化，可分為單粒子翻轉(zhuǎn)（SEU）、單粒子鎖定（SEL）、單粒子燒毀（SEB）、單粒子?xùn)艙舸⊿EGR）、單粒子瞬態(tài)效應(yīng)（SET）等多種類型。主要影響SRAM、PROM、EEPROM、Flash、DSP、FPGA、數(shù)據(jù)總線等大規(guī)模集成單路以及A/D、D/A、DC/DC、功率MOS 管、運(yùn)放等模擬或數(shù)?；旌想娐贰?/p>

1990年9月3日，中國“風(fēng)云一號(hào)B”氣象衛(wèi)星發(fā)射入軌后，星載計(jì)算機(jī)集成電路多次出現(xiàn)單粒子翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象，集成電路“0”“1”顛倒，衛(wèi)星僅在軌工作165天即宣告失效。

2.3 充放電效應(yīng)

充放電效應(yīng)分為表面充電和內(nèi)部深層充電，表面充電是能量不能穿透衛(wèi)星表面的等離子體與運(yùn)行中的衛(wèi)星相互作用，在衛(wèi)星表面積累電荷的現(xiàn)象。內(nèi)部充電是空間帶有足夠能量的帶電粒子穿過衛(wèi)星表面，在介質(zhì)內(nèi)傳輸生成一個(gè)層間電荷結(jié)構(gòu)的過程。

1998年5月19日，美國銀河-4通信衛(wèi)星發(fā)生故障失效，造成4千萬傳呼業(yè)務(wù)中斷，調(diào)查結(jié)果顯示為衛(wèi)星內(nèi)部充電導(dǎo)致失效。

3? 基于空間輻射環(huán)境的在軌衛(wèi)星風(fēng)險(xiǎn)分析

在軌衛(wèi)星輻射風(fēng)險(xiǎn)與衛(wèi)星軌道、保險(xiǎn)期空間天氣情況及衛(wèi)星抗輻射性能等相關(guān)，具體分析如下。

3.1 衛(wèi)星軌道

不同空間區(qū)域具有不同的空間環(huán)境，衛(wèi)星所受的輻射風(fēng)險(xiǎn)也不同，與衛(wèi)星所在軌道息息相關(guān)。

張曉芳[6]等對來自美國國家地球物理數(shù)據(jù)中心（以下簡稱“NGDC”）1963-1994年的衛(wèi)星故障數(shù)據(jù)以及中國7顆低軌衛(wèi)星和12顆同步衛(wèi)星（以下簡稱“CHN”）的故障資料進(jìn)行了研究，包括低軌道（LEO，100～1000km）、中軌道（MEO，1000～20000km）和高軌道（GEO，20000km以上）衛(wèi)星。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示主要故障類型為單粒子翻轉(zhuǎn)（SEU）、表面充電效應(yīng)（ESD）、內(nèi)部深層充電所引發(fā)的電磁脈沖（ECEMP），同時(shí)出現(xiàn)了6例無線電波干擾事件（RFI），剩余為未知故障（UNK），如圖1所示：由圖1可見，高軌道（GEO）無論是故障種類還是故障數(shù)量都高于中軌道和低軌道，包括3個(gè)故障種類（SEU、ESD和ECEMP）;低軌道（LEO）主要是SEU;而中軌道（MEO）則有許多未知原因的故障事故。

本文將對3種軌道（GEO、MEO和LEO）衛(wèi)星風(fēng)險(xiǎn)分別分析如下。

3.1.1 高軌道（GEO）衛(wèi)星風(fēng)險(xiǎn)

高軌道衛(wèi)星位于外輻射帶邊緣，在空間環(huán)境平靜情況下，高能電子和高能質(zhì)子的通量都不高。根據(jù)風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星[8]空間環(huán)境監(jiān)測器的探測，太陽和地磁寧靜時(shí)，電子通量為10～2×102/cm2·s·sr，質(zhì)子通量為6×102～8×103/cm2·s·sr，但高能質(zhì)子一段時(shí)間才偶有計(jì)數(shù)。

然而太陽爆發(fā)性活動(dòng)使得高軌道區(qū)域出現(xiàn)大量高能質(zhì)子（>10MeV），在風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星上觀測到太陽活動(dòng)峰年間多起太陽質(zhì)子事件，質(zhì)子通量超過10pfu。這些高能質(zhì)子通過輻射劑量效應(yīng)、單粒子效應(yīng)等對航天飛行任務(wù)以及衛(wèi)星上搭載的敏感元器件造成損害，在NGDC衛(wèi)星[6]上觀測到多起SEU故障。

另外，根據(jù)孫毅[7]等的研究，與同傾角的LEO、MEO 相比，GEO軌道受太陽質(zhì)子引起的位移損傷最為嚴(yán)重，大約是同傾角MEO的5倍，這是由于軌道高度較高，地磁屏蔽的作用減弱，使得在軌衛(wèi)星遭遇更高通量的太陽質(zhì)子，因此GEO軌道上的衛(wèi)星輻射劑量風(fēng)險(xiǎn)也很高。

由于衛(wèi)星表面材料幾何形狀、介電常數(shù)和所受光照不同，向光面和背光面兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生電位差。在地磁亞暴期間，當(dāng)該電位差達(dá)到或超過表面材料擊穿閾值后，便會(huì)導(dǎo)致表面充電（ ESD）。典型地磁亞暴每幾個(gè)小時(shí)發(fā)生一次，在GEO 軌道可能產(chǎn)生數(shù)十千伏的帶電電壓，因此GEO軌道上的衛(wèi)星ESD風(fēng)險(xiǎn)很高。

在地磁活躍特別是大磁暴期間，GEO軌道上高能電子（>2MeV）通量在幾小時(shí)到幾天的時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)好幾個(gè)量級(jí)的增強(qiáng)變化，這些高能電子會(huì)穿透衛(wèi)星屏蔽，沉積在衛(wèi)星內(nèi)部介質(zhì)上，導(dǎo)致深層充電出現(xiàn)，而在長時(shí)間高通量后還可能會(huì)產(chǎn)生放電損害，因此GEO軌道上的衛(wèi)星內(nèi)部充電風(fēng)險(xiǎn)也非常高。

因此，由于高軌道（GEO）衛(wèi)星處于外輻射帶外，直接受地磁活動(dòng)和太陽活動(dòng)影響，單粒子效應(yīng)、總劑量效應(yīng)和充放電效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)均較高。

3.1.2 中軌道（GEO）衛(wèi)星風(fēng)險(xiǎn)

中軌道（GEO）衛(wèi)星運(yùn)行在地球外輻射帶內(nèi)，根據(jù)馮彥君[4]等提供的數(shù)據(jù)，外輻射帶內(nèi)高能質(zhì)子通量相對小，而高能電子通量相對大。

目前代表性的中軌道衛(wèi)星為通信或?qū)Ш叫l(wèi)星，高度約為10000km或20000km，傾角約55°，在該區(qū)域內(nèi)目前觀測到高通量的高能電子。中國北斗衛(wèi)星上的高能電子探測數(shù)據(jù)[10]表明，在外輻射帶中心處0.5～0.6MeV的電子通量可達(dá)1.92×106/cm2·s·sr，而且高能電子通量隨時(shí)間變化明顯，可相差3個(gè)量級(jí)。根據(jù)王子鳳[11]等的研究，目前常用的22000km高度、傾角約55°的衛(wèi)星，一個(gè)軌道周期需2次進(jìn)出外輻射帶，導(dǎo)致高能電子通量劇烈變化，則該類軌道內(nèi)部充電風(fēng)險(xiǎn)比GEO高。

另外，根據(jù)孫毅[7]等的數(shù)值模擬研究，低傾角的中軌道衛(wèi)星處于地磁捕獲的外輻射帶，質(zhì)子能量很低，故位移損傷相對較小，但高傾角的中軌道接近兩極地區(qū)，地磁屏蔽作用較小，在太陽質(zhì)子事件發(fā)生時(shí)，可能遭遇更高通量的太陽質(zhì)子，故位移損失劑量較大。

因此，中軌道（MEO）衛(wèi)星位于外輻射帶，衛(wèi)星內(nèi)部充電風(fēng)險(xiǎn)高;對于高傾角的衛(wèi)星，由于接近兩極地區(qū)，位移損失劑量大，總劑量風(fēng)險(xiǎn)也較高。

3.1.3 低軌道（LEO）衛(wèi)星風(fēng)險(xiǎn)

低軌道衛(wèi)星處于地球內(nèi)輻射帶內(nèi)，而內(nèi)輻射帶主要是捕獲質(zhì)子，故低軌衛(wèi)星最主要風(fēng)險(xiǎn)為單粒子事件和總劑量效應(yīng)。

軌道高度小于600km，且傾角小于40°的衛(wèi)星，軌道基本不進(jìn)入南大西洋異常區(qū)（SAA），面臨的輻射較為溫和。

當(dāng)軌道高度為600～1000km時(shí)，衛(wèi)星進(jìn)入內(nèi)輻射帶下邊界，很有可能經(jīng)過南大西洋異常區(qū)（SAA），遭遇內(nèi)輻射帶高能質(zhì)子和高能電子。根據(jù)美國國家海洋大氣局發(fā)射的系列極軌太陽同步低高度氣象觀測衛(wèi)星第五代NOAA-15到NOAA-19 的粒子探測器數(shù)據(jù)[13]，高通量高能質(zhì)子與高能電子主要分布在南、北輻射帶與南大西洋異常區(qū)（SAA），這個(gè)區(qū)域也是單粒子故障多發(fā)區(qū)域。

關(guān)于低軌道與位移損失劑量的關(guān)系，根據(jù)孫毅[7]等的研究，因?yàn)閮?nèi)輻射帶內(nèi)地磁捕獲質(zhì)子是導(dǎo)致位移損傷的主要因素，故軌道高度較低、傾角較小的LEO 基本不受太陽質(zhì)子的影響;高度低、傾角大的極地軌道穿越南大西洋負(fù)磁異常區(qū)（SAA）和地磁南北極區(qū)，因地磁捕獲質(zhì)子和太陽質(zhì)子引起的位移損傷要嚴(yán)重很多。

因此，低軌道（LEO）衛(wèi)星位于內(nèi)輻射帶，主要風(fēng)險(xiǎn)為單粒子效應(yīng)和總劑量效應(yīng)，且風(fēng)險(xiǎn)高發(fā)區(qū)域?yàn)閮A角大的極地軌道和穿越南大西洋異常區(qū)（SAA）的軌道。

3.2 空間天氣狀況

大量分析表明惡劣空間天氣會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星故障，而高軌道衛(wèi)星處于地球輻射帶邊緣或輻射帶外，受空間天氣影響更大，本文對太陽質(zhì)子事件、磁暴和相對論電子增強(qiáng)事件進(jìn)行分析。

根據(jù)張曉芳[6]等對來自NGDC（1963-1994年）和CHN（2004-2012年）的衛(wèi)星故障數(shù)據(jù)與空間天氣關(guān)系的研究，空間天氣對衛(wèi)星故障影響有如下規(guī)律。

（1）衛(wèi)星故障呈現(xiàn)太陽活動(dòng)周期性。

太陽活動(dòng)峰年相應(yīng)的太陽質(zhì)子事件和磁暴發(fā)生頻率較高，低軌道單粒子事件明顯高于其他時(shí)段;并且在太陽活動(dòng)爆發(fā)后，因高能粒子注入極區(qū)，高地磁場區(qū)也成為單粒子效應(yīng)頻發(fā)區(qū)。

高軌道衛(wèi)星單粒子效應(yīng)受太陽質(zhì)子事件影響相對較大，NGDC衛(wèi)星上超過1/3的單粒子效應(yīng)故障發(fā)生前后72h發(fā)生了太陽質(zhì)子事件。

太陽活動(dòng)谷年附近，高能電子通量高，衛(wèi)星內(nèi)部充電風(fēng)險(xiǎn)高。

（2）磁暴能導(dǎo)致所有類型的衛(wèi)星故障。

數(shù)據(jù)顯示大部分的衛(wèi)星故障前后72h地磁活動(dòng)達(dá)到了磁暴水平，包括NGDC衛(wèi)星中97.6%的低軌道單粒子故障、87.2%的同步軌道單粒子故障、93.6%的表面充電效應(yīng)和88.4%的內(nèi)部充電效應(yīng)，而且大部分發(fā)生在中級(jí)（包含）以上磁暴事件期間。

（3）強(qiáng)相對論電子事件易引發(fā)衛(wèi)星充放電效應(yīng)。

強(qiáng)相對論電子事件在距離太陽活動(dòng)谷年前兩年左右和春秋分發(fā)生率最高，在太陽活動(dòng)峰年附近發(fā)生率較低。強(qiáng)相對論電子事件引發(fā)的高能電子通量導(dǎo)致相應(yīng)的衛(wèi)星表面充電效應(yīng)和內(nèi)部深層充電，因此衛(wèi)星充放電效應(yīng)具有季節(jié)性，在春秋分點(diǎn)附近明顯。

因此，衛(wèi)星故障風(fēng)險(xiǎn)與保險(xiǎn)期間空間天氣的情況有關(guān)，在太陽活動(dòng)峰年相應(yīng)的太陽質(zhì)子事件和磁暴發(fā)生頻率較高，低軌衛(wèi)星（包括極地衛(wèi)星）和高軌衛(wèi)星的單粒子效應(yīng)顯著;磁暴會(huì)帶來高通量電子，中高軌衛(wèi)星表面充電效應(yīng)發(fā)生頻率高;在太陽活動(dòng)谷年和春秋分季節(jié)，強(qiáng)相對論電子事件發(fā)生頻率高，會(huì)導(dǎo)致中高軌衛(wèi)星發(fā)生充放電效應(yīng)故障。

3.3 抗輻射設(shè)計(jì)

由于衛(wèi)星處于復(fù)雜的空間環(huán)境下，為提高衛(wèi)星可靠性，都設(shè)計(jì)了一定的抗輻射措施，這些措施有效降低在軌衛(wèi)星的風(fēng)險(xiǎn)。

對于低軌衛(wèi)星，單粒子效應(yīng)和總劑量效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)相對較高，衛(wèi)星設(shè)計(jì)的抗輻射指標(biāo)反映出衛(wèi)星抗輻射風(fēng)險(xiǎn)能力。根據(jù)張洪偉[12]等的研究，在不考慮太陽峰年影響，設(shè)計(jì)裕度為2，且衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命為10年，鋁屏蔽厚度為3mm的情況下，抗輻射指標(biāo)如表1。

對于中高軌道衛(wèi)星和極地衛(wèi)星，抗輻射指標(biāo)有所不同，孫毅[14]等對不同軌道位移損失劑量進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，計(jì)算出等效3mm鋁屏蔽下不同壽命期的位移損失劑量，其中極地軌道、傾角55°的中軌道和高軌道，8年壽命期的位移損失劑量分別達(dá)到1.52×1010p/m2、2.69×1010p/m2和2.83×1010p/m2。

對于中高軌道衛(wèi)星，高電子通量引發(fā)的衛(wèi)星充放電效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)較高，故衛(wèi)星防靜電設(shè)計(jì)也非常關(guān)鍵。目前采用主要有兩種方法：被動(dòng)防護(hù)和主動(dòng)電位控制方法。被動(dòng)防護(hù)包括衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、介質(zhì)材料和厚度選擇、介質(zhì)接地方式等;主動(dòng)電位控制方法是通過粒子發(fā)射裝置噴射帶電粒子降低衛(wèi)星整星結(jié)構(gòu)和表面電位，將靜電電位控制在安全水平的方法，我國地球探測雙星中“探測1 號(hào)”采用的就是主動(dòng)控制方法。

4? 結(jié)論與核保建議

空間環(huán)境中帶電粒子輻射造成的在軌衛(wèi)星故障主要包括總劑量效應(yīng)、單粒子效應(yīng)和充放電效應(yīng)，在軌衛(wèi)星風(fēng)險(xiǎn)與衛(wèi)星軌道設(shè)計(jì)、保險(xiǎn)期間空間天氣狀況以及衛(wèi)星抗輻射設(shè)計(jì)有關(guān)，主要結(jié)論如下：

（1）高軌道（GEO）衛(wèi)星處于外輻射帶外，直接受地磁活動(dòng)和太陽活動(dòng)影響，單粒子效應(yīng)、總劑量效應(yīng)和充放電效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)均較高。

（2）中軌道（MEO）衛(wèi)星位于外輻射帶，高能電子通量高，衛(wèi)星內(nèi)部充電風(fēng)險(xiǎn)高;對于高傾角的衛(wèi)星，由于接近兩極地區(qū)，位移損失劑量大，總劑量風(fēng)險(xiǎn)也較高。

（3）低軌道（LEO）衛(wèi)星位于內(nèi)輻射帶，主要風(fēng)險(xiǎn)為單粒子效應(yīng)和總劑量效應(yīng)，風(fēng)險(xiǎn)高發(fā)區(qū)域?yàn)閮A角大的極地軌道和穿越南大西洋異常區(qū)（SAA）的軌道。

（4）衛(wèi)星故障呈現(xiàn)太陽活動(dòng)周期性，在太陽活動(dòng)峰年，太陽質(zhì)子事件和磁暴易發(fā)，衛(wèi)星單粒子效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)高;而在太陽活動(dòng)谷年附近和春秋分，強(qiáng)相對論電子事件發(fā)生率高，高能電子通量高，衛(wèi)星內(nèi)部充電風(fēng)險(xiǎn)高。

（5）為應(yīng)對復(fù)雜的空間環(huán)境，現(xiàn)代衛(wèi)星都設(shè)計(jì)了一定的抗輻射措施，這些抗輻射措施在一定程度降低了衛(wèi)星在軌風(fēng)險(xiǎn)。

考慮以上的分析結(jié)論，保險(xiǎn)公司在進(jìn)行在軌衛(wèi)星核保時(shí)，建議考慮以下因素：

（1）衛(wèi)星所處軌道高度及形狀。高軌道衛(wèi)星（GEO）直接受地磁活動(dòng)和太陽活動(dòng)影響，單粒子效應(yīng)、總劑量效應(yīng)及充放電效應(yīng)三者風(fēng)險(xiǎn)均較大，而中軌道主要風(fēng)險(xiǎn)是充放電效應(yīng)，若中軌道位于外輻射帶邊緣且需在一個(gè)周期內(nèi)多次進(jìn)出外輻射帶，則內(nèi)部充電風(fēng)險(xiǎn)更高;低軌道主要風(fēng)險(xiǎn)是單粒子效應(yīng)，極地軌道和穿越南大西洋異常區(qū)（SAA）的軌道風(fēng)險(xiǎn)較高。

（2）保險(xiǎn)期間空間天氣情況。衛(wèi)星故障呈現(xiàn)太陽活動(dòng)周期性，而太陽活動(dòng)周期為11a。若中高軌衛(wèi)星壽命期跨越太陽谷年，強(qiáng)相對論電子事件發(fā)生概率較高，則充放電風(fēng)險(xiǎn)高。

（3）衛(wèi)星抗輻射設(shè)計(jì)與衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星壽命期空間天氣情況匹配情況。對于壽命長的低軌衛(wèi)星，需要考慮相應(yīng)抗輻射指標(biāo);對于中高軌衛(wèi)星，衛(wèi)星充放電防護(hù)設(shè)計(jì)水平是很重要參考因素。

由于空間輻射環(huán)境復(fù)雜，且?guī)щ娏Ｗ虞椛湓斐尚l(wèi)星故障的機(jī)理研究還不是很成熟，建議保險(xiǎn)公司收集衛(wèi)星故障數(shù)據(jù)，建立在軌衛(wèi)星賠案數(shù)據(jù)庫，在該數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上建立在軌衛(wèi)星風(fēng)險(xiǎn)評估模型，指導(dǎo)前端核保和承保后端風(fēng)控，全面提升在軌衛(wèi)星風(fēng)險(xiǎn)管理水平。

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