9.2.1 空间辐射环境
大气层外的空间中存在着很强的自然辐射环境，这些辐射环境的来源主要包括宇宙射线、太阳辐射（主要由太阳辐射和太阳耀斑两部分组成）、围绕地球的范艾伦辐射带、X射线和电磁辐射等。卫星内部的电子元器件主要受电子和离子的累积辐射引起的损伤，在飞行体内部的电子元器件主要受贯穿辐射粒子在半导体材料中引起的累积电离或位移、宇宙射线单粒子引起瞬时效应的损伤，分别如图9- 1、图9- 2所示。
图9-1 空间辐射环境
图9-2 卫星椭圆轨道穿越地球范艾伦辐射带示意图
空间辐射环境来源主要有三种，分别是宇宙射线、太阳风和范艾伦辐射带（Van Allen Belt）。下面对这三种空间辐射环境做简要介绍。
1）宇宙射线
宇宙射线是指来自宇宙空间环境的极高能量粒子的辐射，其大部分来源于银河系或其他星系，也有少部分来自太阳。宇宙射线分为初级宇宙射线和次级宇宙射线。
从宇宙外层空间进入地球大气层的宇宙射线成为初级宇宙射线。其主要成分是高能质子（约占90%）和α粒子（He-4，约占10%）。此外，还有少量的重粒子、电子、光子和中微子。质子的能量范围分布在1～1014MeV，其峰值出现在300 MeV的粒子处，一般认为高于100 MeV的质子主要来源于银河系。较低能量的主要来源是太阳。能量大于100 MeV的初级宇宙射线的空间分布是各向同性的，粒子注量率约为1 cm-2·s-1。
在地球附近，受到地球磁场作用的影响，会产生所谓的纬度效应，即能量越低的粒子越向地球极区集中，进而造成宇宙射线的强度随纬度的变化而变化。纬度效应使得赤道附近的能量强度要比高纬度地区小约14%。此外，由于地球自转的影响，宇宙射线还存在东、西效应，即从西方来的宇宙射线强度稍大于来自东方的宇宙射线强度。
除此之外，还有由太阳活动喷发的高能带电粒子，也被称为太阳宇宙射线。特别是在太阳耀斑大爆发时，太阳宇宙射线十分严重。太阳宇宙射线的主要成分为质子，此外还有少量的α粒子和其他核子。太阳宇宙射线的能量略低于银河系宇宙射线的能量，约为30 MeV，但其注量率可达到106 cm-2·s-1。由于太阳宇宙射线的能量比银河系宇宙射线的能量要低，因而其受到的地球磁场影响会更大，在纬度上的能量分布会更不均匀。
太阳耀斑的爆发是有周期的。它每年发生数次，每隔11年会大爆发一次。而在宁静期，太阳宇宙射线是很微弱的，如图9- 3所示。
图9-3 太阳耀斑的爆发周期
2）太阳风
在星际空间还存在太阳风，即由太阳发出的一股恒定的带电粒子（质子和电子）流。彗星的气态长尾巴点背离太阳方向就是受到太阳风的影响。太阳风在地球平均距离处的风速约为400 km/s，注量率可达109cm-2·s-1；粒子的能量约为2×103eV（质子），2 eV（电子）。风云三号E星在太空中记录的太阳风如图9- 4所示。
图9-4 风云三号E星在太空中记录的太阳风
太阳风引起的增强紫外辐射和X射线辐射使电离层中的电子浓度急剧增大，引发电离层突然骚扰，可导致短波无线电信号衰落甚至中断。增强的紫外辐射被地球大气层直接吸收后加热大气，大气的温度和密度升高，从而使卫星等空间飞行器的轨道发生改变；紫外辐射的增强还使得原子氧的密度突然增加，从而加快了原子氧对航天器表面的剥蚀作用。在被扭曲的磁层中，地球背向太阳一侧存在一个长尾巴即等离子体带，虽然它不太可能造成电子系统的损伤，但是会产生噪声，影响电子系统的信号接收性能。
3）范艾伦辐射带
对围绕地球运行威胁最大的是位于地球赤道上空的范艾伦辐射带，它是被地磁场所捕获的带电粒子辐射区域。
范艾伦辐射带分为两个同心环的辐射粒子区，即内、外范艾伦辐射带。内范艾伦辐射带主要由30 MeV＜Ep＜100 MeV的质子组成，位于600～8 000 km高度之间并向地球赤道两侧伸展约40°的位置，辐射强度随高度变化，注量率最高达3×104cm-2·s-1。外范艾伦辐射带主要由0.4 MeV＜Ee＜1 MeV的电子组成，位于4 800～35 000 km高度之间，并向地球赤道两侧伸展大约60°的位置，电子注量率也是随高度变化，最高达1011cm-2·s-1。地磁场俘获带示意图如图9- 5所示。
图9-5 地磁场俘获带示意图