Dosrad高能粒子辐射总剂量分析工具

高能粒子辐射总剂量分析一、设备名称：高能粒子辐射总剂量分析工具Dosrad二、购置必要性当地磁场捕获电子、捕获质子和太阳质子等构成的空间高能粒子向空间站内电子设备及人员的内部传输时，其辐射能量会引起材料的整体性质改变、影响载流电子的扩散、人体生理机能改变等，从而导致电子设备的存储单元产生错误、元器件表面的聚合物保护膜功能、人员健康状况下降。辐射效应的大小，因辐射方式、剂量大小、暴露程度的不同而有所区别。如果辐射防护层厚度不够，会导致电子设备及其电子元器件的性能显著下降或寿命缩短、导致人员发生健康问题。电子设备、人体等对空间环境中高能粒子的辐射效应很敏感，必须设计相应的辐射防护层；同时，航天器设计中对电子设备的体积和重量又有严格的限制。不过，航天器的其它零部件对电子设备、人员在不同方向上具有不同的辐射屏蔽效果。因此，在对电子设备、人员进行辐射防护设计时，如果考虑这一屏蔽效果的差异，可以在不同的方向和部位采取差异性的防护层设计，从而既保证了有效的辐射防护，又不至于增加其体积和重量。因此，为了保障电子设备和人员长期、安全地工作，必须应用三维的辐射剂量分析工具，分析电子设备、人员接受的辐射剂量及其受到防护状况的空间分布，从而更有效地进行布局优化及其防护设计。该工具不仅可以根据航天器总体部门提供的任务周期内的辐射剂量及等效防护层数据，分析电子设备、人员所处位置处的一维的辐射剂量分布及等效防护厚度，而且可以分析电子设备、人员的各表面受到的辐射剂量和等效防护厚度的空间分布。三、设备的供应商Dosrad是法国Astrium公司开发的辐射剂量分析工具。Astrium公司是欧洲第一、世界第三大的航天工业公司，是欧洲宇航防务集团（EADS）旗下的全资

子公司，一直致力于为欧洲创建探访太空的稳定渠道，巩固其在空天运输、航天器系统研制和宇航服务领域的领军地位。四、设备的功能及特色1.快速建立辐射分析所需的三维模型三维模型可以由常见的几何曲面通过布尔运算等构建模型按照树状层次结构组织，可按组或零件指定属性分窗口显示三视图等。三维模型也可通过Step203、Iges等格中间文件式从外部导入；如果是结构分析的网格模型，可以通过Nastran的bdf格式中性文件直接导入用于分析。无论是在Dosrad中建立的模型还是导入的模型，都可以在GUI界面下修改其形状、属性等参数，并进行网格划分或细化。航天器不同部件、人员可以设置不同的材料特性，由软件自动计算其它部件、人员对分析对象的等效防护效果。建模界面同时也是结果显示界面。辐射剂量、等效厚度等结果都可以以云图、曲线等方式显示。SysternaFileEditToolsViewModelerSysternaFileEditToolsViewModelerMeshingSATE,sysinsh*EJ-白”•曰」」？?■/」？:-!-_•-'」_:-!-_•-'」_:-!-_•-'」Material|ModelMeshing=31103DViev(2)SATE.sysMshremperature7T.587149606334.2637559055-9.05963779525|~52383031496-95.7064251968-139.029818898-182.353212598-225.676606299-26912/04/200900:53:32.3S3xMeshingSATE,sysinsh*EJ-白”•曰」」？?■/」？:-!-_•-'」_:-!-_•-'」_:-!-_•-'」Material|ModelMeshing=31103DViev(2)SATE.sysMshremperature7T.587149606334.2637559055-9.05963779525|~52383031496-95.7064251968-139.029818898-182.353212598-225.676606299-26912/04/200900:53:32.3S3x1800怜卫

圍A▼■▼p▼贏▼0▼•▼0-0▼W▼9▼0130002,0003,0004,0005,0006,0007,000Simulationtime(s)dy|o|dz|o'File"Solo5imBle_kine.syskin"successfullyloadedin0"0"'.FiLe"S&TE.sysnidl^successfullyloadedin0?0：J.File"SATE-mysmsh"successfullyloadedin0s1.?iLeJSolosinu)le_Mis£.sysnis^successfullyloadedin0’2’'.?iLe^Thermisol.sysprc^successfullyloadedin0’O’'-Info:Thefile^SoloEiniDleML55-syEmiB*'referencedinfile^Thernisol.sysDrc^hasbeenupdated-^Thermisol.sysDrc^reauirestobesaved.2.便捷的轨道和姿态定义与可视化支持包含低空轨道、中空轨道和高空轨道等在内的各种开普勒轨道定义。轨道可以是一个完整的椭圆也可以是多段椭圆弧构成的复杂轨道（如转移轨道）。活动部件除了具有其父部件的动力学状态外，还可以叠加自身的姿态。由此可以定义诸如天线旋转、太阳翼对日定向等复杂的姿态。3.内嵌国际公认的空间环境模型内嵌国际上公认的空间环境模型。如地磁场模型包括Jensen&Cail、IGRF2005和IGRF2010模型，捕获电子模型包括NASA的AE8、LANL、POLE等模型，捕获质子模型包括AP8模型，太阳耀斑模型包括King、Oct89、JPL91和ESP模型等。

可以获得以铝、水、硅、二氧化硅等为探测材料的辐射剂量深度曲线。高能粒子辐射剂量深度曲线的计算中考虑太阳活动、南大西洋异常区等因素的影响。分析指定轨道下捕获电子、捕获质子、太阳风质子的通量、注量等在不同能级的分布。E+09E+oerE+O7rE+Oer42025乌层厚度(mm)1.E+02T0E+09E+oerE+O7rE+Oer42025乌层厚度(mm)1.E+02T0一总剂量一电子韌致辐射—太阳质子4.系统层次的辐射剂量分析如果总体部门提供了任务状态和整个航天器的几何模型，既可以分析电子设备、人员所处位置的中心点的总体辐射剂量，也可以分析电子设备、人员在前后左右上下六个方向受到的辐射剂量、等效防护效果以及各外表面的辐射剂量分布。从而根据各方向的辐射剂量或关键表面的辐射剂量结果，考虑电子设备、人员可承受的辐射剂量阀值，确定是否需要对其进行相应的辐射防护加强。IRADIATIONDOSE尺EC：IRADIATIONDOSE尺EC：EIVEDBY6FACESIIOFTHEBOX:A5IIONPOINT(215.000,460.000,290.000)II(SATELLITEREFERENCEFRAME)IDOSECURVE:SOLIDSPHERETECHNIQLIE:SLANTRESULTSINSYSTEMFRAMEIBOXIIFACEIRAD.DOSEI(rad)ISOLIDANGLEI(steradian)1TOTALTHICKEQU・・(mm)1STRU匚.EQU.I1THICK,(mm)1IJ348299・72.10I0.780.78I+Y3201380.53.33I0.280.28I+Z224053.70.85I0.620.62I-X333402.12.10I0.800.80I-Y1023059.83.33I0.560.56I-Z232342.80.85I0.600.60I1TOTALi5362539・012.57I0.475.部件层次的辐射剂量分析如果总体部门提供的是电子设备、人员接受的辐射剂量和其他部件提供的等效防护效果，则考虑电子设备、人员的布局及几何模型，既可以分析电子设备或人员内某一特定点接收到的辐射剂量；也可以分析其内部核心部位在前后左右上下六个方向受到的辐射剂量、其它部件提供的等效防护效果以及各外表面的辐射剂量分布。根据这些辐射剂量结果考虑是否对核心部位进行辐射防护加强。KatlatjanKatlatjan^{riiEirTUosEfliieshPoint:13^91*^?2J539t*OO7I.r禹和no?ZM^OOfDosecartographyonanequipment五、应用情况Dosrad是专业用于航天器辐射总剂量分析的软件包，已开发有二十多年时间。作为Astrium公司仿真与设计部门的系统分析工具之一，自1989年开始由欧空局资助开发以来，是ESA推荐的辐射总剂量分析工具，在欧美的很多通讯和观察卫星项目中得到了应用和验证，包括Telecom2、Hotbird、Worldstar、Astra2B、IntelsatX、Spot4/5等多个卫星项目。通过在哈工大、中国航天509所、中国航天一院、航天二院等科技院所的应用，Dosrad也为中国的航天事业贡献了一份力量。以下部分列举了国外成功应用Dosrad进行空间辐射剂量分析的案例。1.BepiColombo的辐射剂量分析BepiColombo是水星探测器，包含水星环绕轨道器MPO和水星磁层轨道器MMO,这两个轨道器均由水星运输模块MTM携带。整个任务分为两个阶段，第一阶段用6.25年飞向水星，第二阶段用2年绕水星工作，相应的剂量曲线通过仿真获得。BepiColombo的辐射剂量分析项目于2007年由Astrium公司用DosradV3.20完成。项目中计算了NORM算法下等效为铝材料时的球壳剂量深度曲线。对平台的系统级分析的结果表明：MPO的星载电子设备受到的等效铝层厚度为3.65mm，接收的总剂量是32.67krad（Si）。对有效载荷的分析也得到了类似的结果。

MPOUNITSPACECRAFTTOTALDOSEatSYSTEMSHIELDINGTARGETUNITTHICKNESSavg.Aleq.4nspherical[mm][krad(Si)]OnBoardComputer|3,65|32,67RemoteInterfaceUnit3,2038,40EPCKA14,7422,94EPCKA24.5124,58SWITCHKA5,4319,67PDU47622,80RMUSCAO4,9521,43IMUSIRUSCAO4,3225,90RWLSCAO4.2026,78RWLminusX4,0028,21TRANX.24,3522,13TRANX.147223,09Battery4;1527,11PCDU4;1127,36SSMM4,1427,20APMEHGA4,0727,69RFDU4,8522,18SADE4,2726,27EPCX14,8821,91EPCX2|3,57|33,65TotaldoseatMPOplatformunits(sectoringanalysisonsystemlevel)2.某卫星的辐射剂量分析根据总体部门提供的任务周期内的剂量深度曲线，分析了某卫星内一个电子设备各个方向上接收到的辐射剂量和等效防护厚度结果，并将辐射剂量结果映射到零件表面用于分析敏感表面的辐射剂量分布状况。12833.3[Dosepermesh(rad)-NOBMtechnique-Shellsphere6422.669627.968025.314820.0112833.3[Dosepermesh(rad)-NOBMtechnique-Shellsphere6422.669627.968025.314820.013217.361614.7112.060911230.63.SPOT5的辐射剂量分析SP0T5中电子设备的辐射剂量分析也采用了Dosrad。111DIJi刊皿二|3TO閔111DIJi刊皿二|3TO閔砂*T"1ZI71|a佃miCiin-mlanalDosecalculationonSPOT5