人造衛星、空間站和其他航天設備如何防範太陽風？

人造衛星、空間站等長期在宇宙空間運行的航天器不僅時不時要受到突發劇烈的太陽風和宇宙射線輻射的影響，在其生命周期內也一直處在地球周邊輻射帶--范 阿倫帶的影響。所以，目前發射的航天器，考慮到其可靠性，一般都會做對抗輻射的防護。
1、What
人造衛星、空間站等航天器受的輻射到底是什麼？這要從美蘇「太空競賽」開始說起。1957年，前蘇聯發射了人類第一顆人造衛星--Sputnik1。作為跟進，美國在1958年也發射了其第一顆人造衛星--Explorer1，這顆衛星上裝在了用來測量輻射劑量強度的蓋革計數器。范 阿倫在觀測到地球周邊輻射現象後發出了：My God！Space is radioactive.的感慨。因此，地球周邊的這一輻射帶被成為Van Allen Belt 范 阿倫帶。
范 阿倫帶分為內帶和外帶，宇宙射線或太陽風造成的帶電粒子在到達地球時，在地球磁場的作用下受到洛倫茲力作用，被束縛在地球周邊。內帶主要是帶正電荷的質子組成，外帶是帶負電荷的電子組成。

根據內外帶的大小，低軌道的衛星或者國際空間站都位於質子組成的內帶，而像北斗/GPS導航衛星等大都運行在較高軌道的衛星則更容易受電子組成的外帶影響。

2、Why
為什麼要對航天器進行輻射防護？空間輻射對航天器的損傷是普遍存在的，NASA公布的文件《Spacecraft System Failures and Anomalies Attributed to the Natural Space Environment》介紹了1973年到1995年間100多宗因空間環境引起的航天器故障。其中，1989年的強太陽風暴發造成了45顆衛星失聯，可以參見「小火箭刑強博士」的文章。https://xw.qq.com/cmsid/20170911A0ACRD00
其實，由於地球磁場的分布不均，地球不同上空的輻射強度也有所不同。在南美洲南大西洋附近，有一塊地球磁場較弱區，由於磁場較弱，其對帶電粒子的束縛能力不強，導致質子更加靠近地球。穿過該區域的低軌道衛星更加容易出故障。

英國薩里衛星公司製造的UoSat衛星記錄了其穿越不同地球上空導致的異常，其在上述地球磁場較弱區域發生的異常數明顯更多。

如果考慮到太陽風，由於太陽風暴期間，其拋射的帶電粒子將嚴重影響范 阿倫帶原有的平衡。在此期間，衛星工作更易受帶電粒子影響。

拿北斗/GPS衛星導航系統來說，2017年9月8日，太陽爆發了近年來最強的耀斑，其引起的電離層擾動嚴重影響地面導航儀定位結果，用戶的定位誤差比以往大了好幾倍。

那麼，空間輻射怎麼影響航天器安全的。根據作用機理不同，大概可以分為3種。
第一種叫做「總輻射劑量TID」效應，現代電子大量採用MOS管，MOS管的柵氧層易受電離輻射影響，當到達一定劑量時就引起器件失效。

第二種叫「位移損傷DD」，當高能粒子打擊晶格，會造成晶格內原子位置移動。該項影響對衛星太陽能電池板影響最大，容易引起太陽能電池板效率下降，最終導致衛星供電不足。

第三種叫「單粒子事件SEE」，高能粒子在擊中邏輯電路時容易造成電路邏輯翻轉，如果運氣不好，會使其進入死循環。

3、How
如何解決航天器可能受到的空間輻射影響？目前，對衛星、空間站上的設備一般採取加固，比如，在FPGA設計上，可以採用叫做Three Module Redundancy的技術，用3份同樣的器件表現進行表決，假設3份中不可能同時被打翻2份，以付出資源的代價換取系統的可靠性。

空間站也會採取特殊材料對空間輻射進行隔離減弱。

那麼在空間站中的航天員呢？如果航天員出艙活動，其穿著的航天服也是經過防輻射設計的。下面兩張圖就是航天服在地面進行電子和質子照射試驗。

上面說的都是饒地衛星或空間站的情況，對於深空探測，比如上個月墜入土星的卡西尼號、已經飛出太陽系的旅行者號，則更多地受宇宙射線影響，但是原理是相通的。

有一個 專門躲的安全屋…… 其實…… 就是加厚……

未來的火星飛船…… 防宇宙射線的方法

就是把食品 安裝在牆壁上…… 可以擋射線

我真的沒有開玩笑。。。

衛星和近地空間站不需要，地球磁場保護的足夠好。其他的基本上是加些隔絕材料，比如伽利略號就給主要的儀器設備加了這些。