空间天气效应

　　一、 航天器表面充电
　　在航天器暴露的外表面上的电荷积累称为航天器表面充电。表面充电包括绝对充电和不等量充电两种类型。如果航天器表面全都是金属，整个飞船将充电到相同的电位，这个过程称为绝对充电。绝对充电只是瞬时才能实现，特征周期是毫秒的量级。如果航天器表面使用电介质材料，表面不同部位可能具有不同的电位，这个过程称不等量充电。不等量充电具有秒到分钟的时间尺度。介电材料是积累电荷的不良分布者，因此将存贮在它们中的电荷保持在某一部分。充电粒子通量的变化使得这些表面达到不同的浮动电位。航天器受日照的表面和处于阴影的表面，是不等量充电的典型情况。在两个表面浮动电位差的进一步发展，将引起它们之间电场的发展。不等量充电可能产生强的电场并影响航天器绝对充电的水平。从异常效应的观点来看，不等量充电比绝对充电效应更大，因为它可导致表面弧光放电或航天器不同电位表面之间的静电放电（ESD）。这种弧光放电或火花放电直接引起航天器部件的损坏和在电子部件中产生严重的干扰脉冲。在同步轨道，航天器异常基本上是由不等量充电引起的。
　　航天器表面电位随空间等离子体的状态变化。在亚暴期间，高密度、低能量的等离子体被能量为1~50keV的低密度等离子体云取代。这种情况可使航天器介电表面充电到很高电位，甚至发生静电放电击穿现象。

　　二、航天器内部充电
　　航天器内部充电是由能量范围为0.1到10 MeV的高能电子引起的，它们穿透航天器的屏蔽层，沉积在电介质内。当电荷的积累率高于电荷的泄漏率时，这些电荷产生的电场有可能超过介质的击穿阈值，产生静电放电，从而造成航天器某些部件的损坏，最终导致航天器完全失效，带来严重的经济损失和社会影响。例如，1998年5月19日，美国“Galaxy- 4”通讯卫星失效，使美国80%的寻呼机关闭，同时关闭的还有有线电视和广播传播、信用卡授权网络和公司通信系统。为了恢复卫星服务，不得不移动多颗卫星，并且不得不对数以千计的地面天线进行手工重新定位。类似事件已经发生许多起。据美国地球物理中心数据库提供的资料，从1989年3月7日至31日的 46例卫星异常，大部分诊断为ESD。由此可见，高能电子引起的ESD对卫星构成了严重的威胁。正因如此，高能电子被称为卫星的“杀手” (killer)。

　　三、航天器中的单粒子事件
　　当高能重离子或质子打到电子学部件的芯片上时，在芯片的P-N结上产生的电荷使逻辑电路发生非正常电位翻转、锁定或击穿，这种现象称为单粒子事件。发生单粒子事件的概率与高能质子通量有密切关系。如果偶然发生单粒子事件，可以通过编码校正装置纠正，但频繁发生的单粒子事件，可导致航天器失效。

　　四、辐射效应
　　材料因辐射使分子结构产生缺陷，受到伤害，这种效应称为辐射损伤。辐射损伤主要是通过以下两个作用方式：一是电离作用，另一种是原子的位移作用，是由停留在物质中的相对低能量的原子粒子引起的。这些停止的粒子将硅原子撞出适当的晶格位置，使晶格结构产生缺陷，增加装置的电阻。这个问题对太阳能电池特别重要。因为随着位移损害的积累，电阻逐渐增加，输出功率将减少。
　　高能质子和重离子即能产生电离作用，又能产生位移作用。这些作用导致航天器上的各种材料、电子器件等的性质变差，严重时会损坏。如玻璃材料在严重辐照后会变黑、变暗；胶卷变得模糊不清；太阳电池输出降低；各种半导体器件性能衰退，甚至完全损坏。
　　总损害效应是各种辐射长期积累的总效应。总辐射损害通常限制了飞船电子部件的寿命。固体部件的电子学性质因暴露在辐射环境中而改变。由于损害的积累，这些变化使得部件的参数偏离电路正常工作的设计值。
　　高能电磁辐射或粒子辐射穿入人体细胞，使组成细胞的分子电离，可毁坏细胞的正常功能。对细胞最严重的危害是当DNA受到损伤时。DNA是细胞的心脏，包含所有产生新细胞的结构。对DNA的辐射损伤有两种主要形式：一种是间接方式，当人体中的水分子吸收了大部分辐射而电离时，形成了具有高度活性的自由基，这些自由基可损坏DNA分子。另一种是直接方式，辐射与DNA分子碰撞，使其电离或直接损坏。
　　辐射病的症状包括严重灼伤、不能生育、肿瘤和其它组织的损伤。严重损伤可导致快速(几天或几周)死亡。DNA的变异可遗传给后代。