向樹(shù)紅，沈自才，丁義剛，劉業(yè)楠，劉宇明，于 錢(qián)，馬子良

（北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所，北京100094）

0 引言

航天器在軌運(yùn)行過(guò)程中將遭受多重空間環(huán)境的作用，包括各種粒子（電子、質(zhì)子、重離子等）輻射、電磁輻射、原子氧、空間碎片以及誘發(fā)的污染環(huán)境等，可引發(fā)單粒子效應(yīng)、電離總劑量效應(yīng)、原子氧侵蝕效應(yīng)、空間碎片撞擊效應(yīng)、污染效應(yīng)、表面充放電效應(yīng)及內(nèi)帶電效應(yīng)等，將導(dǎo)致航天器在軌故障甚至失效，嚴(yán)重影響航天器的在軌安全和可靠性[1]。

國(guó)外航天大國(guó)和機(jī)構(gòu)利用以LDEF[2]、POSA[3]和MISSE[4]等為代表的探測(cè)裝置在低地球軌道（LEO）開(kāi)展了大量的空間環(huán)境與效應(yīng)探測(cè)，在單個(gè)空間環(huán)境或效應(yīng)探測(cè)及數(shù)據(jù)獲取的基礎(chǔ)上，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)空間環(huán)境與效應(yīng)的集成化探測(cè)及在軌批量搭載[5-6]。我國(guó)自1971年3月發(fā)射“實(shí)踐一號(hào)”科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星開(kāi)始空間輻射環(huán)境天基探測(cè)以來(lái)，以星船搭載方式或發(fā)射專門(mén)的探測(cè)衛(wèi)星，針對(duì)LEO空間輻射環(huán)境及效應(yīng)開(kāi)展了若干飛行試驗(yàn)，尤其是“實(shí)踐”系列衛(wèi)星和“神舟”飛船等開(kāi)展的搭載探測(cè)[7-10]，獲得了寶貴數(shù)據(jù)，促進(jìn)了對(duì)空間輻射環(huán)境及其效應(yīng)的了解。

然而我國(guó)的空間環(huán)境及效應(yīng)監(jiān)測(cè)器功能相對(duì)單一，在軌探測(cè)與觀測(cè)缺乏系統(tǒng)性，已開(kāi)展的空間環(huán)境與效應(yīng)探測(cè)獲得的數(shù)據(jù)有待加強(qiáng)工程應(yīng)用，空間環(huán)境及效應(yīng)數(shù)據(jù)與航天器在軌故障分析之間的關(guān)聯(lián)性有待進(jìn)一步探究。

本文提出一種針對(duì)LEO空間環(huán)境與效應(yīng)監(jiān)測(cè)的集成化設(shè)計(jì)思路，從電子電路、載荷以及結(jié)構(gòu)布局3個(gè)維度給出LEO空間環(huán)境與效應(yīng)監(jiān)測(cè)的集成化方法。

1 LEO 空間環(huán)境與效應(yīng)監(jiān)測(cè)對(duì)象

LEO空間環(huán)境與效應(yīng)十分復(fù)雜，嚴(yán)重影響LEO航天器的在軌安全和可靠性（見(jiàn)圖1[11]）。

除空間碎片引起的物理撞擊外，需要重點(diǎn)關(guān)注的LEO空間環(huán)境與效應(yīng)有：原子氧環(huán)境及其變化；帶電粒子中的主要成分（即電子和質(zhì)子）；與帶電效應(yīng)密切相關(guān)的表面充電電位；與長(zhǎng)期在軌相關(guān)的電離總劑量及劑量變化；與探測(cè)參數(shù)相關(guān)的溫度；與真空出氣相關(guān)的污染沉積量等。

圖1 LEO空間環(huán)境對(duì)航天器的影響Fig.1 Influence of LEOspace environmentson spacecraft

2 LEO空間環(huán)境與效應(yīng)監(jiān)測(cè)的設(shè)計(jì)思路

2.1 監(jiān)測(cè)裝置功能

基于LEO空間環(huán)境及其對(duì)航天器的效應(yīng)，開(kāi)展LEO空間環(huán)境與效應(yīng)監(jiān)測(cè)裝置設(shè)計(jì)的目的主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)不同空間環(huán)境與效應(yīng)關(guān)鍵參數(shù)的探測(cè)與監(jiān)測(cè)，見(jiàn)表1。

表1 載荷分系統(tǒng)及功能Table 1 Function of the payload subsystems

2.2 設(shè)計(jì)思路

為實(shí)現(xiàn)同一套裝置對(duì)多個(gè)空間環(huán)境與效應(yīng)的探測(cè)與監(jiān)測(cè)，主要從以下角度開(kāi)展監(jiān)測(cè)裝置設(shè)計(jì)：

1）繼承性。繼承已有的成熟的空間環(huán)境與效應(yīng)的探測(cè)與監(jiān)測(cè)方法。

2）集成化。將不同監(jiān)測(cè)載荷之功能相似的部分進(jìn)行集成，如對(duì)監(jiān)測(cè)電路按照不同的功能進(jìn)行相似功能集成。

3）小型化。在對(duì)監(jiān)測(cè)電路進(jìn)行相似功能集成的基礎(chǔ)上，對(duì)各傳感器根據(jù)其基本功能進(jìn)行空間布局，統(tǒng)籌規(guī)劃每種監(jiān)測(cè)載荷的安裝位置，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的整體小型化。

3 LEO 空間環(huán)境與效應(yīng)監(jiān)測(cè)的集成化設(shè)計(jì)方法

3.1 電子電路設(shè)計(jì)

LEO空間環(huán)境與效應(yīng)監(jiān)測(cè)裝置中的探測(cè)器部分主要由電子傳感器、質(zhì)子傳感器、原子氧監(jiān)測(cè)器、污染監(jiān)測(cè)器（石英晶體微量天平）、溫度傳感器、總劑量監(jiān)測(cè)器、表面電位監(jiān)測(cè)器等組成。不同的探測(cè)器均包含電源、電路控制、信號(hào)處理與采集模塊。因此，可以將其通用部分進(jìn)行技術(shù)整合，將電路部分分別設(shè)計(jì)為電源板、控制板以及信號(hào)處理和采集板，如圖2所示。

圖2 監(jiān)測(cè)裝置組成Fig.2 Block diagram of the monitoring device

電源板將一次電源（即航天器提供的母線電壓）經(jīng)過(guò)不同的變壓處理后，獲得不同電壓值的二次電源，分別向具有不同供電要求的傳感器供電。

信號(hào)處理和采集板主要對(duì)傳感器的前端信號(hào)進(jìn)行處理，給出合理的模擬信號(hào)，再經(jīng)過(guò)模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換進(jìn)行采集。其中信號(hào)處理方面主要針對(duì)電子/質(zhì)子傳感器——電子傳感器或質(zhì)子傳感器分別由多個(gè)不同的半導(dǎo)體監(jiān)測(cè)器構(gòu)成，對(duì)所有這些監(jiān)測(cè)器的信號(hào)進(jìn)行前置放大、主放大（極零調(diào)節(jié)和基線恢復(fù)等），并用峰保電路對(duì)主放大器給出的模擬信號(hào)的峰值進(jìn)行保持。

控制板主要完成數(shù)據(jù)采集、控制、通信功能。FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列）控制ADC（模/數(shù)轉(zhuǎn)換器）對(duì)信號(hào)處理板給出的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，完成數(shù)據(jù)采集，并實(shí)現(xiàn)與外部的通信等。其中，采集模塊采集傳感器探測(cè)的科學(xué)數(shù)據(jù)和儀器的工程參數(shù)；控制模塊將采集模塊得到的科學(xué)數(shù)據(jù)和工程參數(shù)加入同步標(biāo)識(shí)、時(shí)間碼、信號(hào)分類等信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)的打包和存儲(chǔ)，完成對(duì)儀器各種工作模式的控制。通信模塊主要實(shí)現(xiàn)與衛(wèi)星數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的通信。

不同傳感器的電子學(xué)功能集成原理如圖3所示。將需要經(jīng)過(guò)前放和主放之后進(jìn)行比較的數(shù)據(jù)用比較器進(jìn)行統(tǒng)一集成，將需要經(jīng)過(guò)放大、跟隨的數(shù)據(jù)利用ADC進(jìn)行集成，最終統(tǒng)一利用FPGA 進(jìn)行集成。

圖3 不同傳感器的電子學(xué)功能集成原理框圖Fig.3 Principle of functional integration of electronics for different sensors

3.2 監(jiān)測(cè)方法設(shè)計(jì)

分別對(duì)LEO帶電粒子（電子和質(zhì)子）、原子氧、溫度、總劑量（和劑量率）、表面電位、污染等不同空間環(huán)境與效應(yīng)的監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行闡述。

3.2.1 帶電粒子監(jiān)測(cè)方法

帶電粒子的監(jiān)測(cè)方法有半導(dǎo)體望遠(yuǎn)鏡測(cè)量法、電場(chǎng)加速和飛行時(shí)間法、排除法、磁偏轉(zhuǎn)法、微波傳輸帶法以及成像譜儀等。其中，基于半導(dǎo)體傳感器的望遠(yuǎn)鏡測(cè)量法是目前較為常用的一種高能帶電粒子探測(cè)技術(shù)，具有較高的能量分辨率，非常適合于帶電粒子的探測(cè)。

半導(dǎo)體望遠(yuǎn)鏡測(cè)量帶電粒子的原理是：當(dāng)高能粒子通過(guò)準(zhǔn)直器射入傳感器時(shí)，在各半導(dǎo)體傳感器內(nèi)沉積能量，以電離方式產(chǎn)生相應(yīng)的電子?空穴對(duì)；這些電子?空穴對(duì)在高壓電場(chǎng)的作用下，匯集到輸出端并產(chǎn)生電荷脈沖，該電荷脈沖幅度與粒子在該半導(dǎo)體監(jiān)測(cè)器中沉積的能量成正比；根據(jù)半導(dǎo)體傳感器的脈沖幅度，對(duì)信號(hào)進(jìn)行鑒別閾分析和符合/反符合處理，即可得到粒子能譜信息。

電子/質(zhì)子能譜測(cè)量由探測(cè)粒子的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)和信號(hào)處理電路2部分組成，望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)用于探測(cè)粒子，信號(hào)處理電路對(duì)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行處理、分析和計(jì)數(shù)。

半導(dǎo)體能譜望遠(yuǎn)鏡主要由3片（或多片）半導(dǎo)體傳感器、準(zhǔn)直器和擋光膜等組成，分別構(gòu)成一定角度的視場(chǎng)角，用于測(cè)量高能電子能譜和質(zhì)子及重離子能譜，如圖4所示。

圖4 半導(dǎo)體能譜望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)示意Fig.4 Structure diagram of energy spectrum probe for monitoring energetic particles

高能電子/質(zhì)子望遠(yuǎn)鏡譜儀的信號(hào)處理電路如圖5所示。半導(dǎo)體傳感器測(cè)量到由粒子能量沉積而產(chǎn)生的電荷，經(jīng)電荷靈敏前置放大器放大得到一個(gè)電壓脈沖信號(hào)；此脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)成形放大器處理成為具有一定形狀的脈沖信號(hào)，可用于進(jìn)一步分析處理。對(duì)于望遠(yuǎn)鏡能譜儀系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)成形的D1、D2和D3慢信號(hào)分別進(jìn)入峰保電路，以保持脈沖峰值電壓；經(jīng)過(guò)峰保電路的信號(hào)送入ADC。在此之前，由各自的前放產(chǎn)生2路快信號(hào)進(jìn)行符合，符合電路輸出的信號(hào)作為ADC的開(kāi)門(mén)信號(hào)，門(mén)信號(hào)寬度代表不同沉積能量，可以測(cè)量不同傳感器的能譜。經(jīng)過(guò)甄別和符合后的信號(hào)送入FPGA 單元，由存儲(chǔ)器控制部件控制存入一定的存儲(chǔ)區(qū)域，由中央處理器（CPU）根據(jù)這些數(shù)據(jù)判定和記錄各個(gè)邏輯格子（即各能段粒子）的事件。

圖5 望遠(yuǎn)鏡譜儀信號(hào)處理電路框圖Fig.5 Circuit diagram of signal processing for telescope spectrometer

3.2.2 原子氧監(jiān)測(cè)方法

目前，對(duì)原子氧密度的測(cè)量有多種方法，如質(zhì)譜儀測(cè)量、實(shí)物樣品法、石英晶體微量天平法、曝光表法、接觸反應(yīng)監(jiān)測(cè)器、化學(xué)發(fā)光法、氣輝研究、共振熒光法、共振吸收法、電子轟擊激勵(lì)法、反射率或傳導(dǎo)率研究等。其中電阻型曝光表是通過(guò)測(cè)量暴露在原子氧下的介質(zhì)的阻抗變化來(lái)測(cè)量原子氧密度，具有時(shí)間分辨率高、采樣周期短、實(shí)時(shí)響應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)。電阻型原子氧密度探測(cè)的原理是：將對(duì)原子氧敏感的金屬/介質(zhì)膜淀積到絕緣基底上形成電阻膜，電阻膜暴露在原子氧環(huán)境下將受到氧化剝蝕不斷變薄，電阻值隨之增大，通過(guò)電阻值的變化可以算出膜的厚度損失；利用電阻膜所選用金屬的原子氧反應(yīng)率即可算出采樣周期內(nèi)原子氧通量的平均值和通量隨時(shí)間的變化情況。

電阻傳感器單元主要由電阻傳感器片組成。原子氧環(huán)境監(jiān)測(cè)器電子學(xué)電路負(fù)責(zé)電阻值采集、溫度值采集、信號(hào)放大及數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。溫度傳感器安裝在電阻傳感器片上，用于監(jiān)測(cè)傳感器片的溫度。溫度數(shù)據(jù)與傳感器電阻變化值同時(shí)傳回地面，用于對(duì)傳感器片電阻值在標(biāo)準(zhǔn)溫度下的數(shù)據(jù)修訂處理。

為檢測(cè)傳感器電阻值變化量，在電阻傳感器上施加電流偏置，傳感器上的電阻值變化將導(dǎo)致其兩端電位差發(fā)生相應(yīng)變化。檢測(cè)出這一電位差的變化，即可表征傳感器電阻值的變化，從而得到軌道原子氧的通量密度。

膜電阻原子氧監(jiān)測(cè)器采樣前的電阻值為

1次采樣周期后膜電阻的變化值為

式中：ρ為膜電阻率，鋨膜的電阻率為8.8×10-8Ω·m；L為膜電阻的長(zhǎng)度，m；τ0為采樣前膜厚度，m；δ為膜寬度，m；τ1為采樣后膜厚度，m；Δτ為1次采樣后膜厚度的變化值，m。

由式(2)可以看出，1次采樣周期后膜電阻的變化量ΔR與采樣前的膜電阻R0及采樣后的膜厚度變化值Δτ成正比，而為了能比較容易地測(cè)量出ΔR，希望它越大越好。由式(1)可知，若要通過(guò)提高R0值來(lái)增大ΔR，應(yīng)該增加電阻膜的長(zhǎng)度，減小其寬度和厚度，這可以通過(guò)在一定尺寸的電阻膜上刻成電阻線來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.2.3 溫度監(jiān)測(cè)方法

目前星上使用成熟的溫度傳感器是熱敏電阻，其溫度測(cè)量計(jì)算式為

其中R0、B、T0的值根據(jù)不同熱敏電阻的實(shí)際標(biāo)定值確定。

可以采用橋式測(cè)溫電路或恒流源式測(cè)溫電路：橋式測(cè)溫由基準(zhǔn)源、電阻及熱敏電阻構(gòu)成測(cè)溫電橋，溫度變化引起的電橋不平衡輸出壓差信號(hào)，放大后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換傳給FPGA，對(duì)各測(cè)點(diǎn)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。恒流源式測(cè)溫電路則由恒定電流流過(guò)熱敏電阻產(chǎn)生壓降，經(jīng)放大后給出的信號(hào)直接進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，傳給FPGA。

3.2.4 總劑量監(jiān)測(cè)方法

工程上常采用PMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管進(jìn)行總劑量監(jiān)測(cè)，其基本原理是利用輻射敏感PMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的閾電壓漂移為輻射總劑量的敏感參量——當(dāng)PMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管受空間帶電粒子輻照后，在其敏感區(qū)?柵氧化層和Si/SiO2界面感生氧化物電荷和界面電荷，從而引起PMOSFET 的閾電壓漂移，這一閾電壓的變化能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的電路進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，因此基于PMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的總劑量監(jiān)測(cè)具備可實(shí)時(shí)的特點(diǎn)；同時(shí)，由于MOS的低功耗、尺寸微小等特征，PMOS劑量計(jì)又具備低能耗和可近似點(diǎn)測(cè)的特點(diǎn)。由多個(gè)PMOS探頭、電源、控制開(kāi)關(guān)電路、恒流源電路、輸出閾電壓處理電路可組成星用多點(diǎn)PMOS劑量計(jì)。

根據(jù)PMOS劑量計(jì)的測(cè)量原理，隨著輻射劑量的增加，其開(kāi)端電壓變化量ΔV和輻照劑量D近似符合ΔV=a×Db，(b＜1)的關(guān)系。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)輻射總劑量的測(cè)量，需要通過(guò)恒流源實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器阻抗的測(cè)量，而傳感器的電阻值往往較大，故測(cè)量通常需要采用高壓方式實(shí)現(xiàn)——輸出電壓在4～250 V 之間，因此需采用逆變電源的方式實(shí)現(xiàn)高壓電源供電。

3.2.5 表面電位監(jiān)測(cè)方法

表面電位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成如圖6所示，其基本功能是測(cè)量航天器結(jié)構(gòu)與表面材料之間的不等量充電電位。其中，表面電位探頭由傳感器和分壓網(wǎng)絡(luò)組成——由傳感器輸出的表面電位經(jīng)過(guò)分壓網(wǎng)絡(luò)將電壓信號(hào)輸送給信號(hào)采集處理系統(tǒng)，如圖7所示。

圖6 表面電位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成框圖Fig.6 Design of the surface potential monitoring system

圖7 表面電位探頭工作原理示意Fig.7 Schematic diagram of the surface potential probe

該探測(cè)方法采集和測(cè)量一定能量閾值之上的電子形成的表面充電電流及電位，推測(cè)航天器遭遇的高能電子的能量、通量、注量及可能導(dǎo)致的表面充電的程度?？臻g中表面充電電流為pA 量級(jí)，采用電流放大器將電流信號(hào)變換成電壓信號(hào)，并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，送給FPGA。利用測(cè)量電路來(lái)判斷收集板上的充電電位，根據(jù)充電電位大小推斷空間中介質(zhì)材料的表面充電程度。

3.2.6 污染監(jiān)測(cè)方法

污染量的監(jiān)測(cè)通常使用石英晶體微量天平傳感器，其原理是基于石英晶體壓電效應(yīng)——石英晶體振蕩頻率與石英晶體自身因數(shù)及沉積在其表面上的物質(zhì)質(zhì)量有關(guān)。通過(guò)暴露于污染物中的傳感晶體和參考晶體之間的差頻可以實(shí)現(xiàn)污染沉積量的測(cè)量。

監(jiān)測(cè)器頻率變化與沉積質(zhì)量之間的關(guān)系可以表述為

式中：Δf為監(jiān)測(cè)器頻率變化，Hz；Δm為監(jiān)測(cè)器表面沉積質(zhì)量的變化，g；A為監(jiān)測(cè)器的沉積表面面積，cm2；Cf為一僅與石英晶體的基本物理特性相關(guān)的常數(shù)，

其中，ρq為石英晶體的密度，g/cm3；c為石英晶體的剪切波速，cm/s；f為石英晶體的基頻，Hz。

污染監(jiān)測(cè)器組成如圖8所示，主要包括傳感晶片、參考晶片、振蕩激勵(lì)電路、混差頻電路和測(cè)溫?zé)崦綦娮?，并分為前艙和后?部分：前艙內(nèi)依次排列傳感晶片、測(cè)溫?zé)崦綦娮韬蛥⒖季缓笈撝饕獮橛蓚鞲芯袷幖?lì)電路、參考晶片振蕩激勵(lì)電路和混差頻電路組成的線路板。

圖8 污染監(jiān)測(cè)器組成框圖Fig.8 Block diagram of the contamination sensor

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

LEO空間環(huán)境與效應(yīng)監(jiān)測(cè)裝置主要結(jié)構(gòu)為電子線路板（電源板、控制板以及信號(hào)處理和采集板）和不同功能的探頭（電子傳感器、質(zhì)子傳感器、表面電位監(jiān)測(cè)器、污染監(jiān)測(cè)器、原子氧監(jiān)測(cè)器、總劑量監(jiān)測(cè)器和溫度傳感器），其中，總劑量監(jiān)測(cè)器和部分溫度傳感器可以與電子線路板制作在一起?？傮w結(jié)構(gòu)規(guī)劃遵從以下原則：

1）電源板放到最底部并與結(jié)構(gòu)體導(dǎo)熱連接。

2）根據(jù)傳感器的功能進(jìn)行空間布局。其中，表面電位監(jiān)測(cè)器放在迎風(fēng)面或者向陽(yáng)面，原子氧監(jiān)測(cè)器放在迎風(fēng)面，電子傳感器和質(zhì)子傳感器根據(jù)設(shè)計(jì)需求可以放在3個(gè)方向（指向陽(yáng)面、迎風(fēng)面和側(cè)面）或其中1個(gè)方向上，總劑量監(jiān)測(cè)器、原子氧監(jiān)測(cè)器和石英晶體微量天平均需要有溫度傳感器配合，總劑量監(jiān)測(cè)器可以放置在電子線路板上或根據(jù)設(shè)計(jì)需要放在裝置外表面上。

3）結(jié)構(gòu)在滿足力、熱等空間環(huán)境可靠性設(shè)計(jì)要求的前提下，應(yīng)盡量做得緊湊、質(zhì)量小。

以放在航天器頂部向陽(yáng)面和開(kāi)展3個(gè)方向的帶電粒子探測(cè)為例，LEO空間環(huán)境與效應(yīng)集成化監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)布局如圖9所示。

圖9 監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)布局示意Fig.9 Schematic diagram of the monitoring device

4 結(jié)束語(yǔ)

本文給出了LEO空間環(huán)境與效應(yīng)集成化監(jiān)測(cè)裝置的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方法，可以實(shí)現(xiàn)LEO電子通量與注量、質(zhì)子通量與注量、原子氧通量與累積通量、溫度、總劑量與劑量率、表面電位、污染總量與污染沉積速率的監(jiān)測(cè)。通過(guò)將不同傳感器或載荷的相似功能的電子學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行集成，以及根據(jù)不同環(huán)境及效應(yīng)的監(jiān)測(cè)需求設(shè)計(jì)專用載荷，并對(duì)裝置整體結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)不同空間環(huán)境與效應(yīng)監(jiān)測(cè)的一體化集成。

利用研制的通用輕小型集成化空間環(huán)境效應(yīng)監(jiān)測(cè)裝置，通過(guò)在軌航天器的批量搭載采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行探測(cè)數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)與利用研究，實(shí)現(xiàn)航天器在軌環(huán)境及效應(yīng)的實(shí)時(shí)同步觀測(cè)與監(jiān)測(cè)具有重要意義：一是獲取航天器在軌環(huán)境與效應(yīng)的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，可作為航天器設(shè)計(jì)與研制的重要參考；二是可為航天器在軌故障診斷提供第一手的資料和支持，是航天器的“黑匣子”；三是可為空間環(huán)境模型改進(jìn)和建立空間環(huán)境動(dòng)態(tài)模型提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；四是對(duì)地面模擬試驗(yàn)方法的改進(jìn)具有重要參考價(jià)值；五是利用空間飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可建立航天器空間環(huán)境效應(yīng)的性能演化模型，進(jìn)行長(zhǎng)壽命性能退化預(yù)示。