木星系探测中多层材料的辐射屏蔽优化设计方法

• 作者: 张庆祥 朱安文 李衍存 王建昭 田岱 贾晓宇 邱家稳 马继楠
• 来源期刊: 航天器环境工程
• 学科: 数学
• 关键词: 木星 辐射总剂量 屏蔽结构 多层材料 数值分析
• 年，卷（期）: 2019,（6）
• 所属期刊栏目: 火星及木星环境
• 页码范围: 601-606
• 页数: 6页
• 分类号: V520.6|O242.2
• 字数: 5076字
• 语种: 中文
• DOI: 10.12126/see.2019.06.011

摘要

与地球辐射环境相比,木星辐射带中的粒子辐射环境有能量高、通量大、能谱硬等特点,对木星探测器的辐射防护要求更高.航天器设计中常用的多层金属材料的防护效果取决于辐射环境、屏蔽层数量与厚度、屏蔽层叠放顺序等众多因素,因此采用数值方法进行设计十分困难,有必要开发智能屏蔽优化算法.文章结合遗传算法和MULASSIS多层屏蔽仿真程序,以屏蔽后的吸收剂量为优化目标,开发了多层材料辐射防护优化设计方法.利用该方法,得到一定重量指标约束下的最优屏蔽结构,其特点是将高低原子序数材料相结合,多为双层或三层结构,并把高原子序数材料放置在外侧.以远木点和近木点分别为25个和10个木星半径的赤道面轨道为例,当面密度为1 g/cm2时,最优屏蔽结构为0.829 mm铅和0.158 mm镁的双层结构,可将辐射造成的总剂量降低至120.3 krad(Si)/a,与传统铝屏蔽材料相比,可节省近43.6％的重量资源.本方法可用于指导未来木星探测的辐射防护设计.