爱华网kongjian huanjing dui feixingti de yingxiang
空间环境对飞行体的影响
effects of space environment on spacecraft
宇宙空间中的粒子、电磁场、电磁辐射、高真空、高空重力、高温和低温等环境条件对航行中的飞行器及宇航员所造成的影响。这是重要的应用课题之一。
高能带电粒子对飞行体的作用 和木星辐射带中的高能带电粒子、和太阳耀斑喷发出的，主要由高能质子组成。它们的能量高，有一定的贯穿能力和破坏能力，在宇宙航行中需要采取措施进行防护。在中，能量大于5×10(电子伏的电子强度达2×10(电子／(厘米(?秒)，能量大于4×10(电子伏的质子最大强度达 10(质子／（厘米(?秒）。在一次太阳大耀斑爆发过程中，飞行体每一平方厘米的表面上可能受到10(个能量大于3.0×10(电子伏质子的轰击。在倾角为30°，高度为2000公里的圆轨道上运行的卫星，若每平方厘米舱壁的质量为0.5克,辐射带粒子在舱内每天的累积剂量达600拉德(rad)，即使每平方厘米舱壁质量增加到4克，每天累积剂量仍可达 60拉德，若以50拉德为宇航员允许剂量，那么上述两种剂量只能使宇航员在宇宙空间分别停留2小时和 20小时。在宇宙航行的历史上也曾发生过高能带电粒子损坏飞行体的实例，1962年7月9日，美国在太平洋上空进行的一次核爆炸（代号为“星鱼”，当量为140万吨）,它所形成的人工辐射带很强，卫星测量到的最大强度达 10(电子／(厘米(?秒)。当时在上空运行的“子午仪”4B等 4颗卫星均先后停止了工作，其原因是暴露在外面的太阳能电池遭到破坏。高能电子照射到物质表面时,能破坏物质的晶体结构,造成缺陷，或者使分子、原子电离而改变物质的性能。高能电子受到物质的阻挡而减速时，将发出韧致X射线,它比带电粒子有更大的贯穿本领，能进入飞行体内部，对舱内的仪器或宇航员造成不良影响。防护的办法是：①提高元件、器件的抗辐射能力。②增加舱壁厚度，防护层的外层可采用原子序数低的材料，减少韧致X射线,内层则采用原子序数高的材料,吸收韧致X射线。③选择轨道。高能带电粒子在空间并不是均匀分布的，适当选择轨道可以减少它的危害。例如,载人飞船多取低轨道,使飞船大部分时间在辐射带下运行；或像“维拉”卫星那样，为了减少辐射带粒子的影响而采取大圆轨道（高度为10万公里），远远超出辐射带的范围。④选择发射时机。对太阳质子事件进行预报，选择适宜的时刻发射飞行器。
磁场对飞行体的作用 磁场的强度和方向是宇宙空间很重要的环境参数，在地球附近地磁场强度约数万纳特，在行星际空间或磁层内离地球几个地球半径以外的区域磁场较弱，只有几个到几百个纳特。当飞行体具有磁矩[303-01]时，它将受外磁场[303-02]的作用，表现为飞行体受到一力矩[303-03]，使飞行体扭转。若飞行体是不自旋的，这力矩将使飞行体的磁矩方向趋向于外磁场方向，若飞行体是自旋的，则力矩将使飞行体自旋轴围绕磁场进动。例如,“泰罗斯”1号气象卫星在磁场作用下自旋轴方位在赤纬－30°和＋40°之间摆动，50天时间内赤经变化了80°。此外，飞行体旋转时，体内的导体产生感应电流，电流与外磁场相互作用的结果是使飞行体的自旋受到阻尼衰减，衰减速率除与飞行体的转动惯量及转动速度有关外，还与外磁场强度成正比。据实测结果，“先锋”1号卫星在2年多的时间里，自旋率从每秒二周半降到约30秒一周。因此，低轨道卫星，特别是需要进行长时间工作的、姿态精度要求比较高的卫星，必须考虑磁场的影响。减小磁场影响的办法就是减小飞行体的磁矩，即尽量减少铁磁性物质，在发射前检测飞行体和各部件的磁性，通过退磁来减小各部件的磁性，并且合理安排带磁性部件的位置，以减小飞行体的总磁矩。为了减小感应电流，在结构设计时应避免在卫星体中构成大的电流回路。利用磁场也可以主动控制卫星的姿态，例如在卫星的适当位置上安装一组互相垂直的线圈，根据当时的磁场方向，在选定的线圈中通以一定的电流，即可产生所需要的改变卫星姿态的力矩。或者在卫星上安装一根磁棒，使卫星平行磁棒的轴经常沿磁场方向，或在与自旋轴垂直的平面内安装磁棒，以阻尼卫星的周期摆动。
电
磁辐射对飞行体的作用 宇宙空间存在各种波段的电磁辐射，对飞行体有影响的电磁辐射主要来自太阳。美国发射的“天空实验室”，由于铝制微流星体防护板在发射时脱落，太阳辐射使舱内温度迅速升高到43℃，宇航员采取措施遮挡阳光以后才得以正常工作。太阳光谱中除了占能量的主要部分的可见光与红外辐射以外，还有紫外线与X射线部分，它们所占的总能量比例小,但却会给人体和材料带来有害的影响。紫外辐射能使金属通过光电效应而产生自由电子，使金属表面带电；使晶体和玻璃改变颜色，影响透明度；破坏有机材料的化学键，引起化学反应；还能引起人体的皮肤癌。但紫外线的穿透能力比较低，很薄的防护层就可阻挡紫外线，只需对处于卫星表面的物体和材料，如太阳能电池、温控涂层等加以防护即可。太阳 X射线对电子元器件和人体都有影响，但剂量比较低还不足以引起损伤。
等离子体对飞行体的影响 在空间飞行开始时，人们就认识到等离子体可以使飞行体充电，并估计飞行体相对等离子体的电位约几伏到十几伏。不会对飞行体产生严重影响。但70年代初，对同步轨道通信卫星接连出现的故障进行分析表明，空间高温等离子体（带电粒子能量在几万电子伏以上）使卫星充电，与等离子体的电位差可达1万伏,卫星各部件之间也可产生类似的电位差，它将导致卫星和等离子体之间及卫星各部件之间产生放电现象，放电中发出的电磁辐射将干扰卫星正常工作，还可将卫星的部件击穿，造成永久性的损坏。充电的原因主要是电子的沉积，在处于热平衡的等离子体中，电子和离子的能量相近，电子的热运动速度远大于离子的热运动速度，电子沉积到飞行体表面的速度比等离子体运动速度也大得多，使飞行体迅速处于负电位，它排斥电子而降低电子沉积速度，吸引离子而增加它的沉积速度。当电位达到一定数值时，电子和离子沉积速度相等，飞行体即处于平衡电位，平衡电位与等离子体温度（即电子能量）有关，温度越高，平衡电位越高。
高层大气对飞行体的阻尼作用 大气密度随高度迅速降低，在200公里处只有3×10(克／厘米(左右。虽然在200公里以上高空，大气已相当稀薄,但对飞行体的阻尼作用仍不能忽视。大气对飞行体作用力的大小与大气密度成正比,在高轨道上运行的卫星遇到的大气稀薄,阻力小，轨道寿命较长,整个轨道高度在800公里以上的卫星，寿命在几十年以上。在低轨道上运行的卫星遇到的大气较稠密，受到的阻力大，寿命短,高度在200公里左右的卫星寿命只有几天到几十天。对于椭圆轨道，卫星受到的大气阻力主要在近地点附近的一段轨道，近地点下降缓慢，远地点以较快的速率下降，卫星轨道成为一连串长半轴逐渐缩短的椭圆，变成圆轨道，以后再逐渐下降到大气层以内，使卫星陨落。大气阻力与卫星垂直于运动方向的截面积成正比。卫星在大气阻力作用下产生的减速度与卫星质量成反比，截面越大，质量越小的卫星,寿命越短。实时的密度的数值,对于预报卫星轨道、卫星陨落的时间和地点，预测导弹的命中精度都是很重要的反过来也可以利用卫星轨道的变化,来测定高层大气密度的分布（见）。
微流星体对飞行体的作用 微流星体通常指直径在1毫米以下,质量在1毫克以下的固体颗粒,它们在太阳引力作用下运动，相对于地球的平均速度约为10～30公里／秒，最大速度可达72公里／秒。由于微流星体的速度很高，当它与飞行体相撞时释放出巨大的能量，对飞行体有很大的危害。质量小的微流星体主要是对飞行体表面的沙蚀作用，使表面粗糙，对于光学表面、太阳电池等影响很大。质量较大的微流星体由于其能量较大，还能造成飞行体表面发生裂痕或穿透壳壁。根据实测结果，主要危害来自质量低于10(克，直径小于100微米以下的微流星体，这种微流星体数量大，碰撞机会多。而由较大流星体造成的壳壁破裂的机会是很小的。飞行体壳壁被碰撞破裂的机会也与壳壁的厚度有关，当壳壁厚度为1毫米的铝时,每平方米表面几十年内才可能有一次产生破裂的碰撞，而0.1毫米厚的铝制壳壁,在近地空间则可能每年有1000次产生破裂的碰撞。
都亨
以上就是网友分享的关于"空间环境对飞行体的影响"的相关资料，希望对您有所帮助，感谢您对爱华网的支持！
