- 太阳宇宙线
- 概述
与地磁捕获的粒子和银河宇宙射线一样，太阳质子（和其他离子）也对地球辐射环境有所贡献，并且可能对载人航天飞行以及卫星子系统和仪器中使用的敏感部件造成危害。根据地球轨道航天器的任务要求，可以使用地球的磁场来部分地或甚至完全地屏蔽太阳粒子。然而，在行星际轨迹或高海拔或高纬度地球轨道上，这显然不是一种选择。
与过去太阳周期相关的许多重大事件可能是造成若干航天器运行异常的原因。此外，辐射防护是空间站操作，扩展火星任务或返回月球的主要问题。由于这些原因和其他原因，对于从过去太阳周期期间收集的数据中预测太阳质子流量，近年来已经显示出相当大的兴趣。
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- 太阳质子对太空系统的影响
最容易被太阳质子损坏的两个众所周知的卫星系统是微电子（单粒子翻转和总剂量）和太阳能电池。两者都受到电离和原子位移过程的影响，在极端情况下，这些过程可能导致航天器完全丢失。电荷耦合器件（CCD）和其他光电元件，如光耦合器，用于现代太空科学仪器，也容易被高能太阳质子损坏。最后，还需要考虑高能辐射对人的潜在致命影响。量化辐射对材料和人的电离效应的物理参数是剂量，其定义为每单位质量的能量沉积。等效注量用于量化太阳能电池和CCD探测器中的位移损伤。
近年来趋向于更小和更快的电子元件和更敏感的探测器的趋势导致需要理解和防止太阳质子对航天器系统的影响。在早期的卫星中，使用较大的部件意味着单个颗粒只能影响设备有限的体积，因此只有多个粒子作用导致的累积损伤可能导致故障。随着现代设备的尺寸最小化以提高处理速度和功耗，单个粒子可以具有显着的效果并且甚至对电子设备造成不可逆的损坏。因此，这些装置比旧组件更容易受到辐射影响。
允许高能质子在通过物质时沉积能量的主要机制是电离。入射粒子释放的能量导致电子 - 空穴对的形成，这又导致器件性能下降。当进入的高能质子将动量传递给目标材料的原子时，发生位移损坏。如果转移了足够的能量，原子可以从其位置移出，留下空位或缺陷。随之而来的物理过程是多种多样且复杂的，但再次降低设备性能是最终结果。这是太阳能电池，CCD，光耦合器和材料降解的重要机制。另外两个重要机制是单粒子翻转（SEU）和单粒子锁定（SEL）。当入射带电粒子在部件的敏感体积中沉积短而强烈的电荷轨迹时发生。该充电轨迹能够反转存储元件（SEU）的逻辑状态或引起破坏性闩锁，其中产生寄生电流路径，允许大电流破坏器件。该过程主要限于原子序数高于质子的离子，因为重离子的线性能量转移（LET或dE / dx）显着大于质子的线性能量转移（LET或dE / dx）。然而，高能质子可以与组分材料发生核相互作用，短程反应产物导致强烈的局部电荷产生，产生SEU甚至闩锁。
太阳能电池性能也受到上述电离和位移机制的不利影响，导致电压和电流输出的降低，这可能对航天器的寿命产生严重影响。太阳能电池通常由硅制成，尽管砷化镓电池可以在增加的生产成本下提供增强的效率。它们串联和并联布置以分别提供所需的电压和电流水平，并共同形成太阳能电池阵列。因此，如果单个电池在一串电池中发生故障，则会产生开路，导致总功率损失。太阳能电池串可以完整阵列功率损失最小化的方式布置，但是退化是不可避免的。太阳能电池在前面由盖玻片保护，提供质子屏蔽。退火过程还可以抵消由环境辐射环境引起的性能下降。对于砷化镓电池尤其如此，对于硅电池来说部分如此。
由于辐射对人类的明显不利影响，未来的行星际载人飞行任务将需要非常仔细地考虑太阳耀斑活动。在任务的过渡阶段，非常高的剂量可能导致放射病或甚至死亡。对于延伸访问其他行星和卫星的表面同样如此，这些行星和卫星缺乏能够偏转太阳粒子的强磁场。在执行任务数年后患癌症的风险更难以量化，但在任务规划中也必须予以考虑。
任何漫长的行星际努力都必须设想适当的辐射防护措施。在过境航天器和行星表面都需要太阳风暴避难所。后者可以通过被访问体的地质特征在一定程度上提供。考虑到与行星际空间飞行器的构造相关的固有限制，用于航天器的辐射屏蔽的设计要困难得多。
