(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210762502.2 (22)申请日 2022.06.30 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 地址 150000 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 应涛　李兴冀　魏亚东　李伟奇　 (74)专利代理 机构 北京隆源天恒知识产权代理 有限公司 1 1473 专利代理师 万娟 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/18(2006.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/04(2020.01) (54)发明名称 实时计算卫星在轨运行环境辐射效应的方 法 (57)摘要 本发明提供了一种实时计算卫星在轨运行 环境辐射效应的方法， 属于卫星空间环境分析技 术领域。 方法包括： S1、 在 环境求解器中导入轨道 环境文件， 获取相应参数； S2、 选 取轨道环境文件 中时间段N、 粒子类型以及飞行器， 设置最小累计 辐射模拟计算时间k， 对k时间内粒子通量进行积 分， 生成能谱文件， 能谱文件个数为N/k个； S3、 设 置分析参数、 运行粒子数， 选 取目标结构， 依据能 谱文件， 生成相应的脚本文件， 将脚本文件输入 求解器依次求解； S4、 对求解结果进行求和以及 归一化处理， 生成最终结果。 本发明可 以实时模 拟计算在不同轨道环境下航天器运行任意时段 内所受到不同类型辐射粒子对其辐射损伤程度， 且本发明支持多求解器同时计算大大提高了计 算效率。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 115203915 A 2022.10.18 CN 115203915 A 1.一种实时计算 卫星在轨运行环境辐射效应的方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 在环境 求解器中导入轨道 环境文件， 获取相应参数； S2、 选取所述轨道环境文件中的某一时间段N， 并依据所述轨道环境文件选取粒子类型 以及飞行器， 设置最小累计辐射模拟 计算时间k， 采用第一 公式对所述最小累计辐射模拟 计 算时间k内粒子通量 进行积分， 生成可用于求解器计算的能谱文件， 所述能谱文件个数 为N/k个； 所述第一公式包括： 其中， tm为所述最小累计辐射模拟计算终止时间， tm‑1所述最小累计辐射模拟计算起始 时间， m为大于1的整数， 为所述最小累计辐射模拟计算时间内每秒的粒子通量， Φ(t) 为所述最小累计辐射模拟计算时间内的粒子总注量； S3、 设置分析参数、 运行粒子数， 选取目标结构， 依据步骤S2中的所述能谱文件， 生成相 应的脚本文件， 将所述脚本文件输入所述 求解器依次求 解； S4、 对步骤S3的所述 求解结果进行求和以及归一 化处理， 生成最终结果。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤S1中， 所述轨道环境文件为AP ‑8辐射 带质子环境文件或AE ‑8辐射带电子环境文件。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述AP ‑8辐射带质子环境文件中质子能量 范围为0.1MeV ‑400MeV， 所述AE ‑8辐射带电子环境文件中电子能量区间为 40keV‑7MeV。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤S1中， 所述相应参数包括轨道运行时 间、 所述粒子类型、 粒子能量、 所述粒子通 量以及所述飞行器中的一种或多种。 5.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于， 所述粒子类型包括质子、 电子和重离子中 的至少一种。 6.根据权利要求1 ‑5任一项所述的方法， 其特征在于， 步骤S3中， 所述分析参数包括电 离总剂量、 非电离沉积、 非电离能损失、 线性能量 转移以及累计通 量中的一种或多种。 7.根据权利 要求1‑5任一项所述的方法， 其特征在于， 步骤S3中， 步骤S3中， 所述运行粒 子数的范围为1至最小累计辐射模拟计算时间k内的粒子总注量。 8.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 在步骤S4之后， 还 包括如下步骤： S5、 进行可视化分析。 9.根据权利要求8所述的方法， 其特征在于， 所述可视化分析为： 所述可视化分析为： 以 时间点为横坐标， 相 邻两个所述时间点的差值为所述最小累计辐射模拟 计算时间k， 以所述 分析参数为纵坐标， 以图表的形式进行 可视化输出。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115203915 A 2实时计算卫星在轨运行 环境辐射效应的方 法 技术领域 [0001]本发明涉及 卫星空间环境分析技术领域， 特别涉及一种实时计算卫星在轨运行环 境辐射效应的方法。 背景技术 [0002]空间轨道决定了卫星载荷功能实现、 探测几何位置、 寿命设计基线、 运载发射成本 等。 现阶段各国通信导航卫星、 气象资源卫星、 军事侦察卫星等主要运行在低地球轨道(Low   Earth Orbit， LEO)、 太阳同步轨道(Sun  Synchronous  Orbit， SSO)、 地球同步轨道 (Geosynchronous  Earth Orbit， GEO)、 中地球轨道(Middle  Earth Orbit， MEO)， 基本实现 了卫星系 列化运行， 支撑了国民经济、 人民生活、 军事战略等应用需求。 随着卫星定点观测、 快速重访、 星链通信、 空间攻防、 科学探索等方面的应用需求日益多样化， 卫星应用向多轨 道组网体系化、 侦察对抗战术化发展， 各国对空间轨道资源的挖掘与拓展不断加强。 超低轨 道、 椭圆轨道、 7000 ‑8500km中轨道、 坟墓轨道、 拉格朗日点轨道等具有特别的位置优势， 逐 渐成为研究重点。 [0003]卫星在轨运行期间， 会遭遇空间中各种高能带电粒子 的撞击， 这会对卫星表面材 料、 集成电路系统及温控表面等产生辐射损伤， 引起卫星性能衰退和功能故障， 进而影响卫 星任务的完成。 2001年， 美国宇航 公司统计了由空间环境效应造成的298 颗卫星在轨故障原 因(如图1所示)， 其中空间特殊环境带来的总剂量、 单粒子效应、 充放电效应等造成的卫星 故障已超过环境诱发故障总数 的75％。 为了减少在轨卫星故障发生率， 在卫星研发过程中 对其耐辐照情况进行模拟分析计算， 并根据计算结果指导卫星结构改进至关重要。 经过数 十年的发展， 随着人类对空间环境效应的认知不断深入， 已逐渐形成较为成熟 的空间环境 地面模拟试验方法。 但现有的模拟在轨环境计算各种辐射效应的方法精度和效率都较低。 发明内容 [0004]针对以上现有技术中的问题， 本发明提供了一种实时计算卫星在轨运行环境辐射 效应的方法。 [0005]为实现上述目的， 本发明具体通过以下技 术实现： [0006]本发明提供了一种实时计算 卫星在轨运行环境辐射效应的方法， 包括以下步骤： [0007]S1、 在环境 求解器中导入轨道 环境文件， 获取相应参数； [0008]S2、 选取所述轨道环境文件中的某一时间段N， 并依据所述轨道环境文件选取粒子 类型以及飞行器， 设置最小累计辐射模拟 计算时间k， 采用第一 公式对所述最小累计辐射模 拟计算时间k 内粒子通量 进行积分， 生成可用于求解器计算的能谱文件， 所述能谱文件 个数为N/k个； [0009]所述第一公式包括： [0010]其中， tm为所述最小累计辐射模拟计算终止时间， tm‑1所述最小累计辐射模拟计算说　明　书 1/5 页 3 CN 115203915 A 3