蔡震波，曲少杰

（北京空間飛行器總體設(shè)計部，北京100094）

0 引言

火星是太陽系中位于地球外側(cè)的最近的行星，距太陽平均1.5 AU。由于其與地球在天體演化等行為上可能有眾多相似之處，所以火星探測成為深空探測的焦點之一。迄今為止，美國、俄羅斯、ESA、日本、印度等共計進行了43次火星探測活動，其中失敗任務(wù)為22次[1]，占比高達51%，當(dāng)中不乏由于對火星空間環(huán)境及其不確定性的認識和防護設(shè)計不足而導(dǎo)致。因此，充分識別火星探測任務(wù)中的空間環(huán)境及效應(yīng)特點，是確?；鹦翘綔y器任務(wù)成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

火星表面及其周圍具有與地球不盡相同的空間環(huán)境背景和效應(yīng)特征[1-3]，其熱環(huán)境的各項參數(shù)[4]、表面雷達散射特性[5]、表面激光反射率[6]、表面塵埃環(huán)境[7]等都有較大差異?；鹦翘綔y器從地球發(fā)射后，要歷經(jīng)近8個月的包括地-火轉(zhuǎn)移、火星環(huán)繞、直至著陸火星表面并進行巡視探測的任務(wù)全過程，依次遭遇近地空間、行星際空間和火星附近的空間環(huán)境[8]。不同任務(wù)階段的空間環(huán)境對火星探測器的影響具有不同特點。在火星探測器的工程設(shè)計與研制過程中，須結(jié)合其任務(wù)特點，對空間環(huán)境的影響進行針對性分析并采取相應(yīng)的防護設(shè)計，才能保證火星探測器在任務(wù)期具有充分的空間環(huán)境適應(yīng)性。

本文針對火星探測器任務(wù)全過程的空間環(huán)境剖面，分析其空間環(huán)境特點，提出火星探測器的空間環(huán)境防護設(shè)計要點。

1 與空間環(huán)境相關(guān)的火星探測器任務(wù)概貌

火星探測器從地球發(fā)射直至到達火星執(zhí)行探測任務(wù)的全過程如圖1所示，可以簡要描述為：1）從地面發(fā)射，進入地-火轉(zhuǎn)移軌道；2）在地-火轉(zhuǎn)移軌道上運行約8個月；3）到達火星附近并制動，開始環(huán)繞火星飛行；4）著陸器與環(huán)繞器分離后下降并著陸火星；5）火星車從著陸器駛離，進行火星表面巡視探測。

因此，按照火星探測器任務(wù)期間依此經(jīng)歷的地球磁層、行星際、火星周圍及表面等不同區(qū)域的空間環(huán)境特征，可將任務(wù)期間環(huán)境劃分為近地環(huán)境、行星際環(huán)境和火星環(huán)境。

1）近地環(huán)境：對應(yīng)發(fā)射初期，從地面發(fā)射直到飛出地球磁層頂之前，歷時約5～6 h；

2）行星際環(huán)境：對應(yīng)地-火轉(zhuǎn)移段，從飛出地球磁層頂直到抵達火星，歷時約8個月；

3）火星環(huán)境：對應(yīng)火星環(huán)繞與著陸及火面巡視探測階段，環(huán)繞器歷時約1年，火星車約3個月。

圖1 火星探測器飛行過程Fig.1 The flight process of Mars probe

顯然，這3類空間環(huán)境具有較大差異，火星探測器在這些區(qū)域的運行時間、工作狀態(tài)、設(shè)計狀態(tài)等特征也有所不同，因此不同區(qū)域內(nèi)的空間環(huán)境對火星探測器的影響也不相同，需在設(shè)計中進行針對性分析與應(yīng)對。

2 近地空間環(huán)境特征及防護設(shè)計要點

在火星探測器從地面發(fā)射后的幾個小時之內(nèi)、飛出地球磁層頂（向陽面地球磁層頂高度通常約65 000 km）之前，運行時間約5～6 h。在此期間所處空間區(qū)域為地球磁層以內(nèi)的空間（見圖2），這與絕大多數(shù)繞地航天器（運行時間或壽命通常為幾個月到十幾年不等）的運行區(qū)域相同。因此，從空間環(huán)境要素（或類型）上看，火星探測器面臨的空間環(huán)境亦為近地空間環(huán)境，其環(huán)境要素與繞地球運行的航天器差異不大，主要包括地球磁場、地球輻射帶、銀河宇宙射線、太陽宇宙射線、地球中性大氣、太陽電磁輻射等。

圖2 火星探測器發(fā)射初期所處的磁層內(nèi)環(huán)境Fig.2 The Earth’s magnetospheric environment during early stage of a launched Mars probe

但是，與絕大多數(shù)繞地航天器相比，火星探測器從飛行任務(wù)的特征上表現(xiàn)出兩個顯著差異（或者說是特點）：一是其從發(fā)射開始直到飛出地球磁層頂，運行時間很短，只有5～6 h，而絕大多數(shù)繞地航天器在磁層內(nèi)的運行時間都在幾個月到幾年以上，甚至十幾年；二是火星探測器在地球磁層內(nèi)的運行（尤其在地球輻射帶區(qū)域）是一次性穿越，而絕大多數(shù)繞地航天器則是在磁層內(nèi)反復(fù)環(huán)繞甚至“沉浸”在地球輻射帶之中。以上兩個任務(wù)特點，使得火星探測器在這一運行階段中，雖然所面臨的空間環(huán)境要素與繞地航天器基本相同，但所受影響輕微很多。主要如下：

1）電離總劑量效應(yīng)

圖3(a)給出火星探測器整個任務(wù)期間（從發(fā)射到著陸火星的全過程）的輻射總劑量分析結(jié)果，其中包含地球輻射帶劑量和太陽高能質(zhì)子劑量2部分分量。由于發(fā)射初期穿越地球磁層頂之前的運行時間只有5～6 h，在此階段遭遇太陽高能質(zhì)子事件的概率要遠遠小于地-火轉(zhuǎn)移階段和環(huán)火運行的幾個月乃至幾年的長時間運行段，所以在發(fā)射初期，火星探測器遭遇的輻射總劑量主要來源于地球輻射帶，故本節(jié)暫不討論太陽高能質(zhì)子造成的輻射劑量（圖3(a)上方的曲線）。

探測器穿越磁層頂之后，進入行星際空間或環(huán)繞火星，這些區(qū)域不再存在類似地球輻射帶的捕獲粒子密集區(qū)域，因此整個火星探測任務(wù)中，地球輻射帶引起的輻射總劑量只存在于發(fā)射初期這一階段，在后續(xù)的任務(wù)階段中，無論任務(wù)時間多長，這部分輻射劑量都不會再增加。

圖3(b)是一些典型衛(wèi)星任務(wù)期內(nèi)的輻射總劑量分析結(jié)果，其中：地球靜止軌道（GEO）通信或?qū)Ш叫l(wèi)星，在軌15年；中高度地球軌道（MEO）的導(dǎo)航衛(wèi)星，在軌10年；太陽同步軌道（SSO）的遙感衛(wèi)星，在軌2年；“神舟”飛船軌道，在軌0.5年。

以通常的艙內(nèi)電子元器件所在位置（對外空間的屏蔽厚度包括星體艙板約1 mm(Al)、設(shè)備外殼約2 mm(Al)，合計3 mm(Al)）為例，在火星探測器一次性穿越地球輻射帶過程中，該處元器件所吸收的地球輻射帶輻射劑量約為1×102rad(Si)（圖3(a)中的下方曲線，實際上，由于飛行過程具有較大相似性，月球探測器在這一飛行階段中的輻射劑量水平也與此基本相同）；而對于其他典型繞地航天器，則分別約為3×106rad(Si)（15年GEO）、7×105rad(Si)（10年MEO）、3×103rad(Si)（2年SSO）以及0.9×102rad(Si)（0.5年飛船軌道）?？梢姡鹦翘綔y器任務(wù)中所吸收的地球輻射帶劑量與典型的GEO、MEO、SSO繞地衛(wèi)星相比小1～3個數(shù)量級不等。而構(gòu)成火星探測器的電子元器件和材料的抗電離總劑量能力通常在幾krad(Si)以上，因此這一階段的電離總劑量輻射并不嚴(yán)重，一般情況下并不需要刻意進行附加Ta 片等輻射屏蔽防護。

與0.5年飛船軌道3 mm(Al)屏蔽后的輻射劑量0.9×102rad(Si)相比，火星探測器接受的輻射劑量與之相當(dāng)，這對于電子元器件和材料影響不大，但對于載人火星任務(wù)，在后續(xù)地-火轉(zhuǎn)移、環(huán)火、落火以及返回地球的飛行任務(wù)中，航天員可能還會吸收更多的太陽高能質(zhì)子輻射、銀河宇宙射線輻射，以及返回地球時再次吸收地球輻射帶高能粒子劑量，導(dǎo)致航天員在載人火星任務(wù)全過程中所吸收的輻射總劑量遠遠高于低地球軌道（約300～400 km高度）執(zhí)行載人飛船或空間站任務(wù)的航天員所吸收的劑量，因此，載人火星任務(wù)中，航天員的輻射劑量防護將成為任務(wù)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

圖3 火星探測器及其他典型繞地航天器任務(wù)期間的電離總劑量Fig.3 Total ionizing dose for Mars probe and typical near-Earth spacecrafts during their missions

2）單粒子效應(yīng)

火星探測器在發(fā)射初期運行于地球磁層內(nèi)部這一階段，所面臨的引發(fā)單粒子效應(yīng)的高能粒子源仍然主要來自地球輻射帶質(zhì)子以及銀河宇宙射線和太陽宇宙射線中的重離子和質(zhì)子，這與其他繞地航天器乃至月球探測器并不存在環(huán)境類型或強度上的差異。因此，在這一階段，單粒子效應(yīng)的影響與防護，與其他繞地航天器基本相似，沒有特殊性。但如果火星探測器使用了對單粒子效應(yīng)特別敏感的電子元器件，則應(yīng)準(zhǔn)確識別其薄弱環(huán)節(jié)并采取針對性防護措施。

3）表面充放電效應(yīng)

引發(fā)表面充放電效應(yīng)的空間輻射源，通常來自于地磁（亞）暴期間從地球磁尾向地心方向注入的熱等離子體。熱等離子體分布高度通常在20 000 km以上，分布在地方時子夜到凌晨的區(qū)域內(nèi)。火星探測器發(fā)射初期，在穿出地球磁層頂前，將短時間內(nèi)穿越20 000～40 000 km 左右的熱等離子體區(qū)域，因此從理論上說，如果遭遇地磁（亞）暴，探測器也有發(fā)生表面充放電效應(yīng)的可能。但由于地磁（亞）暴的發(fā)生概率很小，而火星探測器在5～6 h 內(nèi)就完成了磁層頂?shù)拇┰?，且穿越路徑也不完全在熱等離子體可能分布的地方時子夜到凌晨區(qū)域，所以無須將表面充放電效應(yīng)作為火星探測器的重要風(fēng)險考慮。在探測器設(shè)計中，只需對探測器表面材料的電阻率和接地狀態(tài)按照通常的繞地衛(wèi)星要求進行控制，并對單機產(chǎn)品鑒定件進行表面放電效應(yīng)模擬試驗的考核，便可將表面充放電效應(yīng)的風(fēng)險控制在可接受的范圍內(nèi)。

4）內(nèi)帶電效應(yīng)

引發(fā)內(nèi)帶電效應(yīng)的粒子源，是空間中存在的高能（能量通常在800 keV 以上）高通量的電子，只有產(chǎn)品長時間沉浸在這一高能電子環(huán)境中，才有可能產(chǎn)生內(nèi)帶電效應(yīng)。美國空軍給出的航天器可能產(chǎn)生內(nèi)帶電效應(yīng)的條件為：軌道上存在能量大于2 MeV、通量大于3×108e/(cm2·sr·s)的高能電子，且持續(xù)3天及以上；或者通量大于1×109e/(cm2·sr·s)且持續(xù)1天及以上。這種高能電子暴環(huán)境，通常只發(fā)生在強烈地磁暴1～2天后的恢復(fù)相期間，出現(xiàn)的空間范圍在外輻射帶中心區(qū)域附近，大致在距離地面高度20 000～40 000 km 左右。所有的中高軌繞地航天器均需考慮內(nèi)帶電效應(yīng)的影響。而對于穿越20 000～40 000 km 左右外輻射帶中心區(qū)域的火星探測器來說，由于可引發(fā)高能電子暴的強烈地磁暴的發(fā)生概率極低，所以探測器基本不會遭遇此高能電子環(huán)境；而且即便是遭遇高能電子暴環(huán)境，探測器在磁層內(nèi)的穿越時間只有5～6 h，也不可能具備引發(fā)內(nèi)帶電效應(yīng)的長時間“沉浸”條件。因此，火星探測器無須考慮內(nèi)帶電效應(yīng)的影響。

5）其他環(huán)境效應(yīng)

在穿越地球磁層頂前，火星探測器還將遭遇地球中性大氣、真空、太陽電磁輻射、地球磁場、微重力等空間環(huán)境要素，這些要素與普通的繞地航天器經(jīng)歷的空間環(huán)境差別不大，影響也基本相似，本文對此不再深入討論。

3 行星際空間環(huán)境特征及防護設(shè)計要點

火星探測器發(fā)射約5～6 h 之后，將穿越地球磁層頂，進入行星際空間，開始漫長的（約8個月）奔向火星的飛行過程，即地-火轉(zhuǎn)移過程。此時，火星探測器所運行的空間區(qū)域及空間環(huán)境特征，與通常的繞地航天器相比有了很大差異。此階段的空間環(huán)境主要特征有：

a.脫離了地球磁場的保護，面臨比地球磁場更弱的行星際磁場，太陽風(fēng)可直接到達探測器表面，但由于能量太低（電子低于1 eV，正離子低于1 keV），太陽風(fēng)粒子不能進入探測器內(nèi)部；

b.不再遭遇地球輻射帶環(huán)境；

c.持續(xù)遭遇銀河宇宙射線，并成為此運行階段的主要帶電粒子輻射源；

d.約8個月內(nèi)，可能會遭遇1次特大太陽質(zhì)子事件；

e.持續(xù)處于高真空環(huán)境。

結(jié)合火星探測器在地-火轉(zhuǎn)移階段的任務(wù)特點，與繞地航天器相比，空間環(huán)境在這一階段對火星探測器的影響雖然在效應(yīng)的類型上差別不大，但其效應(yīng)卻具有一些特殊的重要特征，在火星探測器的設(shè)計研制中需予以重點關(guān)注并采取措施予以防護。

1）電離總劑量效應(yīng)

由于脫離了地球輻射帶區(qū)域，所以如果沒有遭遇太陽質(zhì)子事件，則所累積的輻射總劑量幾乎為0。

由于太陽質(zhì)子事件的爆發(fā)具有一定的概率和隨機性，考慮火星探測器在此期間乃至后續(xù)環(huán)火的幾個月到幾年間可能遭遇1次類似于1989年10月的特大太陽質(zhì)子事件。此類事件在火星探測器上所造成的輻射劑量水平見圖3(a)上方的曲線。仍以3 mm(Al)屏蔽處為例，由圖可見這一部分輻射劑量比地球輻射帶造成的劑量高了1個數(shù)量級以上，雖然仍對電子元器件和材料的影響不大（相關(guān)數(shù)據(jù)分析見第2章），但對于載人火星任務(wù)而言，則是航天員輻射防護的重中之重。此部分劑量的特點是，在此期間可能發(fā)生也可能不發(fā)生；如果發(fā)生，則是一次性的，與飛行時間長短關(guān)系不大。

2）單粒子效應(yīng)

在地-火轉(zhuǎn)移段，直到環(huán)火軌道，火星探測器所面臨的可引發(fā)單粒子效應(yīng)的高能粒子環(huán)境，與發(fā)射初期及通常的繞地航天器相比，除了不存在地球輻射帶質(zhì)子之外，其他的主要為銀河宇宙射線和太陽宇宙射線環(huán)境，這與月球探測器在奔月過程中面臨的同類環(huán)境基本相似。如果不考慮火星探測器是否使用了對單粒子特別敏感的電子元器件的因素，通常而言，在此階段的單粒子效應(yīng)發(fā)生頻度，與通常的繞地航天器或月球探測器的差別不大。

但是火星探測器在奔火過程中，與地球的距離逐漸變遠（見圖4），最遠到達3億～4億km，此時無線電波從探測器傳輸?shù)降厍虻淖铋L時延可達17～20 min。這一特點使得探測器一旦發(fā)生單粒子效應(yīng)導(dǎo)致電子設(shè)備功能中斷，如果采用遙測監(jiān)視到異常、進行故障判斷、發(fā)送遙控指令予以恢復(fù)的措施，耗時將達到40 min 以上；如果發(fā)生故障的是對探測器的運行或姿態(tài)或關(guān)鍵動作密切相關(guān)的關(guān)鍵設(shè)備，則在此期間探測器將可能處于失控狀態(tài)。因此，依靠地面遙控進行單粒子效應(yīng)防護的方法，針對繞地航天器和月球探測器行之有效，但對火星探測器而言則可能無效，因而火星探測器的單粒子效應(yīng)防護的關(guān)鍵是確保在軌故障的自主診斷和自主恢復(fù)。

圖4 火星探測器與地球的距離變化Fig.4 The variations of distance between Mars probe and Earth

3）太陽輻射能

由于火星與太陽的距離約為1.5 AU，從地球飛往火星的過程中，火星探測器與太陽的距離也從1 AU 逐漸增大到1.5 AU，其接收到的太陽的輻射能將隨之不斷衰減。如表1所示，在地球周圍約1 AU處，太陽輻射能約為1366 W/m2；當(dāng)探測器到達火星周圍后，太陽輻射能將下降到500～700 W/m2左右。

表1 典型火星任務(wù)的地-火轉(zhuǎn)移過程中太陽輻射的衰減Table1 The attenuation of solar radiation during the transfer process from Earth to Mars

當(dāng)火星探測器采用太陽電池作為能源供給時，奔火過程中太陽輻射能的不斷衰減，尤其是到達火星后降到最低，使得太陽電池的發(fā)電功率大幅度衰減。同樣面積的太陽電池陣，在火星附近的輸出功率幾乎只有在地球附近時的一半甚至更少，這對太陽電池陣一次電源系統(tǒng)的設(shè)計提出了重要約束。

隨著奔火過程中太陽輻射能的下降，火星探測器太陽電池陣的輸出功率逐漸減小，使得探測器在地球周邊時儲存的大量電能需要分流消耗，這對電源控制器的設(shè)計提出了挑戰(zhàn)，可能需要電源控制器單機和探測器總體共同采取措施才能實現(xiàn)。

另外，由于在火星附近太陽輻射能降到最低，與地球附近相比火星探測器所獲得的外熱流大幅度降低，可能不足以滿足探測器熱控的需求，需要采取有別于繞地航天器或月球探測器的特殊措施（如集熱器、氣體保溫等）。

4）真空冷焊與干摩擦

與繞地航天器類似，火星探測器在整個地-火轉(zhuǎn)移過程沉浸于高真空環(huán)境之中，真空度高達10-14Pa。對處于此真空環(huán)境下的火星探測器而言，由于很多部件如降落傘打開裝置、緩沖發(fā)動機的運動部件、著陸器和火星車的行進部件等，需要到達火星周圍或著陸火星后才進行動作或釋放，而在地-火轉(zhuǎn)移段這些部件則處于長時間的壓緊和不動作狀態(tài)，所以容易產(chǎn)生真空冷焊或干摩擦，對到達火星后的部件展開、運動或釋放產(chǎn)生重大影響，甚至導(dǎo)致任務(wù)失敗。因此，真空冷焊與干摩擦是火星探測器重要的空間環(huán)境次生效應(yīng)防護對象。

4 火星空間環(huán)境特征及防護設(shè)計要點

火星探測器經(jīng)過約8個月的漫長旅途到達火星后，經(jīng)過多次變軌進入環(huán)火軌道，并向火星表面釋放著陸器和火星車，開展火星表面的巡視探測等任務(wù)。在火星周圍與火星表面，存在明顯與地球不一樣的空間環(huán)境，可對火星探測器產(chǎn)生重要影響。

1）火星大氣

火星表面大氣成分不同于地球，其主要成分為CO2，體積占比約為95.3%（見表2）?；鹦谴髿饷芏扰c壓力也遠低于地球，表面大氣壓約為6 mbar（合798 Pa），不到地球表面大氣壓力的1%，但卻遠遠高于繞地航天器所處的高真空環(huán)境（10-2～10-9Pa）的壓力。火星大氣中存在較強的風(fēng)。

表2 火星大氣成分Table 2 Atmospheric compositions of Mars

火星大氣密度以及風(fēng)速等要素，對環(huán)火軌道的設(shè)計形成約束，同時對進入、下降與著陸（Entry,Descending and Landing,EDL）過程的降落傘減速效果、著陸準(zhǔn)確性和安全性等產(chǎn)生重要影響。

繞地航天器在相當(dāng)于火箭發(fā)射的主動段高度約30～50 km 時，地球大氣壓下降到700 Pa 左右，在其后約10天左右的短時間內(nèi)可能引發(fā)低氣壓放電；進入軌道處于高真空環(huán)境后，不再存在低氣壓放電的風(fēng)險（有氣體泄放或釋氣的設(shè)備除外）。但是火星著陸器和火星車長期工作于火星表面低氣壓環(huán)境下，在整個任務(wù)期間都很容易產(chǎn)生低氣壓放電。同時，低氣壓放電與環(huán)境氣體成分具有一定相關(guān)性，地球大氣（N2為主）與火星大氣（CO2為主）的低氣壓放電特征存在一定差異。以上問題，均需在火星探測器設(shè)計中予以考慮并解決。

2）火星塵與塵暴

火星表面遍布塵埃，在稀薄干燥大氣和風(fēng)作用下，火星塵被揚起到大氣中，當(dāng)特定條件滿足時，可轉(zhuǎn)變?yōu)閰^(qū)域性或全球性塵暴。這種塵暴常發(fā)生于火星熱帶和南半球夏季。區(qū)域性塵暴一般持續(xù)幾周，可以覆蓋大片區(qū)域；全球性塵暴在火星上幾乎每個火星年都會發(fā)生1次，持續(xù)時間達幾個月。全球性塵暴一般在火星近日點即火星南半球為夏季時從南半球爆發(fā)。

火星塵暴會對著陸火星的著陸器和火星車電源系統(tǒng)產(chǎn)生影響。塵暴對太陽輻射中的短波削弱最強，使得藍光減弱，因此在著陸器或火星車的太陽電池片設(shè)計中，需進行對紅色和紅外線有更好響應(yīng)的工藝參數(shù)調(diào)整。

火星塵暴阻礙了太陽輻射的進入，降低了火星表面的平均溫度和最高溫度；同時也阻礙了火星表面的紅外輻射，從而提升了火星表面溫度的最低值。這些變化對火星著陸器和火星車的熱控設(shè)計提出約束。

在火星表面隨風(fēng)而飄的火星塵，一旦降落到著陸器或火星車上，可遮擋入射到太陽電池陣的太陽光從而降低其發(fā)電功率，遮擋相機或光學(xué)敏感器鏡頭影響相機成像或敏感器工作，或進入軸承等運動部件造成運動卡滯等各種不利影響，因此火星探測器的很多相關(guān)部件與設(shè)備均需進行良好的防塵設(shè)計，才能確保探測器在火星表面上的正常工作。

3）火星表面地形地貌

火星表面存在各種石塊和坑洞，這些石塊與坑洞的大小、土壤松軟度、坡度大小等，將直接影響火星探測器的著陸穩(wěn)定性與安全性，關(guān)系到探測器能否成功著陸、是否落得穩(wěn)、著落姿態(tài)是否正確等若干問題，因此必須在火星探測器設(shè)計中予以充分考慮，其中關(guān)鍵是對地形環(huán)境的不確定性的應(yīng)對策略與措施，這往往需從探測器總體層面來協(xié)調(diào)解決。

4）帶電粒子輻射

火星表面的帶電粒子輻射環(huán)境相對簡單。由于火星沒有全球性磁場，所以表面不存在帶電粒子輻射帶。因此在環(huán)火與火星表面任務(wù)期間，如不遭遇特大太陽質(zhì)子事件，則探測器接收的輻射劑量幾乎為0，與任務(wù)期長短無關(guān)。銀河宇宙射線持續(xù)照射火星著陸器與月球車，是產(chǎn)生單粒子效應(yīng)的主要輻射源?；诨鹦翘綔y器與地球距離太遠的特征，單粒子效應(yīng)的防護關(guān)鍵也仍然是自主處理，而不能依賴于長時延電波傳播的地面干預(yù)。同樣由于不存在熱等離子體與高能電子環(huán)境，所以火星表面不會出現(xiàn)類似繞地航天器的表面充放電效應(yīng)和內(nèi)帶電效應(yīng)。

5 結(jié)束語

火星探測器任務(wù)中經(jīng)歷了地球磁層、行星際空間和火星周圍與表面的不同空間環(huán)境，針對探測器自身的任務(wù)特征和設(shè)計特征，其不同運行階段的空間環(huán)境影響及防護重點存在較大差異。對于常規(guī)的空間環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計工作，如電離總劑量、地球大氣、地球磁場、真空等影響與防護，基本上與通常的繞地航天器相似。而對于火星探測任務(wù)有特殊性的空間環(huán)境防護，其防護設(shè)計需重點關(guān)注：

1）長時間遠距離飛行中單粒子效應(yīng)的自主探測與恢復(fù)；

2）遠離太陽導(dǎo)致太陽輻射能下降帶來的對電源設(shè)計與熱控設(shè)計的影響；

3）火星表面CO2低氣壓引起低氣壓放電等若干問題；

4）火星大氣及風(fēng)對環(huán)火及EDL過程軌道設(shè)計與著陸安全性的影響；

5）火星塵暴對光與太陽輻射遮蔽對電源和熱控設(shè)計的影響；

6）火星表面地形不確定性對著陸安全性及巡視器行進與避障的影響。

只有切實結(jié)合火星探測器的任務(wù)特點與設(shè)計特點，對其任務(wù)全過程中的空間環(huán)境影響特征進行分析，才能確?；鹦翘綔y器的空間環(huán)境適應(yīng)能力，從而有助火星探測器的任務(wù)成功。