国家空间科学中心韩建伟团队20余年的专业知识与技术结晶：《航天器空间环境效应》

运行在空间环境中的航天器会受到各类环境因素的影响，是航天器设计必须要考虑的问题，也涉及空间科学领域空间环境与空间物理科学知识。

广义的空间环境包括航天活动中遇到的各类自然环境条件，还包括发射、在轨运行、返回等过程中出现的飞行器冲击与振动等力学条件，以及航天器在轨道空间真空环境下产生的材料出气、被空间碎片及微流星体撞击产生的污染等条件。狭义的空间环境是指对航天器有重要影响的外太空特有的环境条件，如空间的带电粒子、原子氧、空间碎片及微流星体等。本书（《航天器空间环境效应》. 韩建伟, 蔡明辉, 李宏伟编著. 北京：科学出版社, 2024.4）涉及的空间环境主要是后者。

▲ 航天器空间环境效应分类示意图

国内外大量的航天实践表明，空间环境作用于航天器，导致了大约40％的航天器在轨异常或故障，这种作用就称为空间环境效应，大到整个卫星、小到卫星用的器件及材料等，其设计研发必须要考虑针对空间环境效应的防护设计。掌握空间环境效应知识，需要了解航天器在轨遭遇的系列空间环境要素的特点及规律，需要了解这些环境条件与航天器组成材料作用的基本机制，以及其导致的各类具体影响的机制及规律。针对空间环境效应进行防护设计，需要了解在地面针对这些空间环境危害进行模拟试验及仿真分析的评估方法，需要了解具体的防护要求、技术原理和要点等。

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《航天器空间环境效应》（韩建伟, 蔡明辉, 李宏伟编著. 北京：科学出版社, 2024. 4。以下简称“本教材”）面向如航空宇航科学与技术、飞行器设计、地球与空间探测技术、空间物理、星用设备及载荷、星用集成电路、星用材料等的研究生、科研人员和工程技术人员，系统介绍外太空特有的空间辐射粒子、等离子体、原子氧及空间碎片等环境特征，深入阐述这些环境条件与航天器用器件、电路、材料及部件等作用导致的多种辐射效应、表面及深层充放电、材料侵蚀损伤的物理机制及主要规律，全面论述与航天器设计相关的空间环境效应的地面模拟试验、仿真分析、防护设计措施等的原理、方法和技术要点，设计典型的仿真实验和模拟实验，以深化对抽象的空间环境效应的认知，为研究生以及科研和工程技术人员深入开展相关的研究和工程应用提供相关空间环境及其对航天器影响和防护设计的知识。

国内外与本教材内容有关联性的三类书籍

第一类是航天器(飞行器) 设计类工程技术书籍，其从工程技术角度系统介绍飞行器设计方方面面的内容，有少量章节介绍与本教材类似的内容，覆盖面与深度不及本教材；

第二类是空间物理自然科学类书籍，其从日地空间物理视角系统介绍日地空间客观存在的方方面面的环境要素、现象及科学问题，会涉及本教材专注的航天器遭遇的空间环境条件，但其阐述角度和思路更加偏重自然科学物理现象与过程的描述，不解决本教材专注的航天器设计相关的空间环境应用知识，更不涉及具体的空间环境防护设计技术；

第三类与本教材内容较接近，甚至书名与本教材类似，但是整体内容在系统性、工程应用性和专业性方面与本教材有所区别，或者仅深度介绍本教材关注的部分专业内容，如单粒子效应、充放电效应等。

本教材是中国科学院国家空间科学中心空间环境效应团队20 余年科学研究、工程应用、教书育人的专业知识与技术结晶。韩建伟撰写了第1 章至第7 章的内容，即绪论、空间环境效应概述、空间辐射环境、空间辐射粒子与物质作用的基本机制、电离总剂量效应、位移损伤效应和单粒子效应。蔡明辉主要撰写了第8章、第10 章和第11 章的内容，即表面充放电效应，空间碎片及微流星体撞击效应，原子氧、紫外线及低能带电粒子侵蚀效应，并为第12 章的空间环境效应仿真实验提供了素材内容。李宏伟主要撰写了第9 章、第12 章的内容，即深层充放电效应和航天器空间环境效应实验，并为第8 章的表面充放电效应提供了部分素材内容。朱翔为第7 章的单粒子效应防护设计提供了素材内容。马英起为第12 章的器件及电路单粒子效应实验提供了素材内容。王英豪为本教材的部分图片加工处理提供了支持。

本教材以航天工程设计应用为牵引，站在航天器设计工程技术人员的角度，系统、恰当地介绍目前航天器设计相关的空间环境科学知识的要点，阐述影响航天器的空间环境危害试验与仿真评估、防护设计等的技术要点，期望在空间科学与技术知识信息大爆炸的时代，给予感兴趣的学生和工程技术人员恰当的科学与技术知识普及，争取不仅介绍其然，更要描述其所以然。

感谢中国科学院大学教材出版中心对本书出版的资助！

本文摘编自《航天器空间环境效应》（韩建伟, 蔡明辉, 李宏伟编著. 北京：科学出版社, 2024.4）一书“前言”“第1 章绪论”，有删减修改，标题为编者所加。

中国科学院大学研究生教材系列

ISBN 978-7-03-076711-0

责任编辑: 周 涵 郭学雯

本书介绍外太空特有的空间辐射粒子、等离子体、原子氧及空间碎片等环境的特征，阐述这些环境与航天器用器件、电路、材料及部件等作用导致的多种辐射效应、表面及深层充放电、材料侵蚀损伤的物理机制和规律，论述与航天器设计相关的空间环境效应地面模拟试验、仿真分析、防护设计等的原理、方法和技术要点，设计典型的仿真实验和模拟实验以深化对抽象空间环境效应的认知，为研究生以及科研人员和工程技术人员提供空间环境及其对航天器影响和防护设计的相关知识。

本书适用于空间科学、技术和应用相关专业(如航空宇航科学与技术、飞行器设计、地球与空间探测技术、空间物理、星用设备及载荷、星用集成电路、星用材料等)的研究生、科研人员和工程技术人员。

（本文编辑：刘四旦）

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