北斗卫星导航系统是国家重要的空间基础设施,可为各类用户提供高精度、全天候的定位、导航和授时服务,对导航定位服务精度、信号连续性、系统可用性等有很高的要求(刘建军等,2021)。综合考虑全球覆盖范围、应用价值和成本,国际上各主要全球导航卫星系统一般采用高度20 000km左右的中圆轨道。北斗卫星轨道主要包括倾角0°和55°的中圆轨道、地球同步轨道和倾斜地球同步轨道(夏立,2021;Morley等,2016),这些轨道位于外层地球辐射带的中心或外侧。太阳活动可以诱发空间环境的动态变化和卫星异常,包括充放电效应、单粒子效应和总剂量效应等。 NOAA/SEC从1984年至1992年共记录到954次GPS在轨异常,其中大部分是由单粒子效应和充放电效应引起的。美国GPS卫星太阳能电池阵的退化速度比预想的要快。研究表明,除了粒子辐射的位移损伤外,放电效应强化的太阳能电池阵表面污染应是一个重要诱因。欧洲GIOVE-A卫星上的OBC386计算机在2012年3月的太阳风暴中受干扰的概率是正常卫星的10倍。北斗二号的992次在轨异常中,疑似由充放电和单粒子效应引起的卫星异常约占80%。可见,运行在中高轨道的卫星易受空间环境影响,但缺乏对轨道辐射环境的监测,限制了我们对空间环境分布及其变化机制的认识。通过搭载辐射环境及影响监测探测器于导航卫星上,可充分利用轨道分布均匀、卫星数量多的优势,对中高轨道空间辐射分布及扰动进行全面监测,为中高轨道空间辐射环境监测提供支撑。
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