载人航天不可避免地要暴露在空间辐射环境下。在近地轨道短期载人飞行中，由于存在地磁场的保护，航天员接收到的辐射剂量大大减少，传统的质量厚度屏蔽被动防护技术基本能满足航天员安全防护要求。但在深空探测载人星际飞行中，几乎不存在磁场，如何保障宇航员的空间辐射安全是必须解决的一个问题。

以美国、欧空局为主的航天大国，都在积极寻求空间辐射主动防护方法。目前，正在探索的主要有静电场防护、等离子体防护和磁防护[1]。静电场与等离子体防护的技术手段复杂，质量代价大，工程难以实现；磁防护，质量代价低，防护能力强，且高温超导技术的快速发展使得该防护技术的工程实现成为可能，是未来空间辐射主动防护的一个主要发展方向。

(1)低成本。问卷数据显示47.13%的人觉得网约车在价格方面更加实惠。因为打车软件通过利用闲置的出租车或者私家车为广大市民的出行提供了便利，以共享经济的方式用较低的成本，为广大市民提供打车服务。

1 空间辐射环境

在深空探测载人航天任务中，空间辐射主要来自于太阳宇宙射线(Solar Cosmic Rays，SCRs)和银河宇宙射线(Galactic Cosmic Rays， GCRs)[2]。

SCRs是行星际和地球近空唯一的强大的粒子瞬变源，典型能量为1MeV到几百MeV之间，具有偶发性，发生频率相对较低且在太阳活动高年和低年不同，目前为止人们依然无法对其发生时间进行预测。SCRs发生频率不高，仅对太阳-行星际磁场连线范围内航天员有影响。强SPEs对未受保护的宇航员仍有造成急性致死性的辐射剂量[3]。

目前，国内外磁防护系统构型主要有磁透镜、环形磁场构型、多螺线管构型。

2 国内外主动磁防护系统研究进展

GCRs是行星际唯一的稳定高能粒子背景源，主要包括质子(87%)、氦原子核(12%)和重离子[4]，在太阳系中的分布是各向同性的。初级宇宙线能谱为1～104MeV，受太阳活动水平调制，其中在1GeV/n的能谱区通量较高。因此，在星际飞行中，没有地磁场屏蔽，持续存在的GCRs对宇航员的累积辐射效应显著。GCRs能量远高于SCRs，且太阳活动低年10GeV能量以下的GCRs通量显著增加，大约是太阳活动高年的10倍。

2.1 定向防护-磁透镜

综上所述，磁透镜对定向SPEs具有良好的防护效果，而无法有效防护各向同性的GCRs。环型磁场结构能够实现对航天器的全方位防护，但其结构相对不稳定，难以使用支撑结构固定，且其一端的防护能力较弱。螺线管型磁场结构在工程中更容易实现，但是其两端为开放区而对空间辐射无防护能力。

与市电直接供电的方式相比，采取UPS交流后备供电的优点有：可提供稳定纯净的交流输入，备电时间有保障，可以实现较远距离的供电。

然而GCRs辐射是连续不断且各向同性的，磁透镜则无法防护来自四面八方的GCRs粒子。因此，针对GCRs则需要设计整体的屏蔽结构来对航天器进行全方位的防护。

2.2 环型磁场构型

(2)结构稳定性。由于带电线圈之间会产生相互作用力，因此需要提供支撑装置保持结构的稳定。

(1)强磁场。在资源有限的航天器上，传统线圈系统无法产生足够强的屏蔽磁场，需要依赖超导技术。

式中:l∈[1,20],d为训练样本的数目。调整系数α使得F(xl)落在一个合理的概率区间范围内,取值α=0.2。本节算法迭代次数上限为50,利用遗传算法学习超参数的算法流程如图1所示。

采用超导材料制作的线圈质量为9.4t，系统总质量达到30.1t，其防护效果与1000t Al相当。因此，采用磁场作为防护手段，能极大地减少航天器的质量。

2.3 螺线管磁场构型

美国宇航中心在MAARSS报告中[7]，采用螺线管线圈围绕在圆柱形防护区周围的方式，如图3所示。然而该构型会在防护区内形成磁场，需要在防护区外增加一个电流相反的补偿线圈，来完全消除防护区内的磁通量。报告提出了可膨胀超导磁体技术扩展线圈的概念与方案。其原理是利用超导线圈在洛伦兹力的影响下向四周扩展，形成圆柱形的超导螺线管。基于该方案，航天器初始的体积相对较小，利于运载火箭携带，降低成本。

空间辐射主动磁防护系统工程实现需要考虑以下几个关键点。

面对定向(SCRs)的辐射粒子，可以有针对性地布置屏蔽材料，并且若能提前进行预测，就能根据航天器位置确定SCRs的入射角度，及时调整航天器姿态。可以考虑利用主动防护的偏转粒子能力代替质量屏蔽以达到防护效果，如图1所示[5]。由于空间辐射粒子能量高(几百MeV/n)，超导磁体产生较强的磁场具有更好的防护效果。从图1中可以看出，在具有相同防护效果的情况下，辐射防护材料的质量是超导材料研制的磁透镜质量的3倍。

  

图1 Al装置和磁透镜对强SPEs的防护对比

  

图2 Hoffman环型屏蔽磁场构型

  

图3 6+1螺线管型屏蔽磁场构型

2.4 国内研究现状

磁防护作为最有效的防护手段多年以来一直被国内外学者所研究[8]，然而我国对于空间辐射主动磁防护的研究刚刚起步。孟立飞、易忠等[9]在航天器周围用环型线圈围绕(两端裸露)，对定向电子进行防护研究。当线圈中通500A电流时可以屏蔽0.15MeV以下的电子。耿长冉，汤晓斌等[10]同样以环型磁场作为屏蔽场(两端裸露)，并且添加了10g/cm的Al作为结构质量，研究表明该构型对SPEs具有良好的防护效果，而对GCRs的防护能力弱。

3 关键问题

采用BL=1T×8m的磁场配置，防护区中受到GCRs辐射总剂量和BFO等效剂量分别为451mSv/yr和308mSv/yr。整个屏蔽磁场系统质量为36t，与141t的聚乙烯作为质量防护的效果一致。

整个系统由直径为15m的桶状环型磁场围绕成圆柱形，在圆柱体一侧由较小的圆环(直径6m)作为端盖区进行防护，另一侧的防护由航天器的质量完成。防护舱为长4.5m，直径5.6m的圆柱体。

Hoffman[6]提出一种环型磁场构型，设计的防护区与周围的屏蔽磁场结构如图2所示。在居住地即防护区周围构建一个环型屏蔽磁场，该屏蔽磁场由椭圆形线圈组成，均匀排列在居住地周围，整个磁场结构由侧面的大环型磁场结构和两端的小环型磁鞘组成。辐射粒子将受到洛伦兹力的偏转而不能进入防护区。可以通过改变线圈中的电流大小，调节所产生的磁场强度，来达到最优的屏蔽效果。同时利用磁消除技术能够消除磁场结构对防护区内的影响，使得防护区成为一个大的宜居空间。

采用凝胶色谱法测定肽的分子量分布。检测条件：Waters 600高效液相色谱，TSK gel G2000SWXL分析柱；洗脱液为0.04 mol/L磷酸缓冲液，流速为1 mL/min，检测波长为214 nm。标准肽样品：Conalbumin(75,000 Da)，Oralbumin (43,000 Da)， Cytochrome-c(12,384 Da)， Aprotinin(6,512 Da)，Vitamin B12(1,855 Da)，Glutathione (307 Da)。

据相控阵原理，实现声速的聚焦即为声速的相位叠加，使各阵元发射声波在聚焦点处同相位叠加增强声压，异相位声压抵消或削弱。图7所示为在发射声束时计算好延时时间，使声波达到聚焦效果。声束聚焦延时法则如下：

(3)超导材料。高温超导材料所允许的工作温度相对更高，可以通过电驱动的冷却装置完成，降低了系统质量。

(4)功耗问题。与传统质量厚度相比，在航天器周围产生强磁场所需代价是否值得。

子优化问题式(9)的求解方法与上述过程类似.首先创建t×r的高斯随机矩阵Ψ,其中t=log(r),并依据矩阵U中每行的大小随机选取r行构造子矩阵然后,对矩阵V的每列进行循环,选取矩阵U中与当前列Vj最匹配的行进行投影,其中同时,为了确保行选取的最优性,随机选取U中的一行Ul进行验证,并保留和Ul两者中与当前列Vj最匹配的行进行投影运算.

(5)吸收问题。辐射粒子与磁防护系统材料发生相互作用产生大量次级辐射粒子，进入防护区造成更大的危害。

4 结语

随着高温超导技术的发展，空间辐射主动磁防护技术再次受到关注。20世纪末，一种新型超导材料MgB2问世，该材料工作环境温度可达20K，可通过电驱动低温冷却装置达到要求。目前，一些新型高温超导材料已开始应用于航天项目中。相信随着磁防护理论和超导技术的发展，工程实现有望。

参考文献

[1]Townsend LW.Overview of active methods for shielding spacecraft from energetic space radiation[J].Physica medica，2001，17(1)：84.

[2]Benton E R，Benton E V.Space Radiation Dosimetry in Low-earth Orbit and Beyond[J].Nucl Instrum Methods Phys Res B，2001，184(1)：255-294.

[3]Letaw JT，Silberberg R，Tsao CH.Radiation hazards on space missions[J].Nature，1987，330(6150)：709.

[4]Spillantini P.Manned exploration and exploitation of solar system：Passive and active shielding for protecting astronauts from ionizing radiation-A short overview[J].Acta Astronautica，2014(104)：509-515.

[5]Spillantini P.Active shielding for long duration interplanetary manned missions[J].Advances in Space Research，2010(45)：900-916.

[6]Hoffman A，Fisher P，Batishchev O.Use of Superconducti ng Mag net Tech nolog y for Astronaut Radiation Protection[R].NIAC phase I final report，2005.

[7]Westover S，Meinke R，Burger W，et al.Magnet Architectures and Active Radiation Shielding Study-SR2S Workshop[M].NASA Johnson Space Center，2012.

[8]Vuolo M，Giraudo M，Musenich R，et al.Monte Carlo simulations for the space radiation superconducting shield project(SR2S)[J].Life Sciences in Space Research，2016(8)：22-29.

[9]孟立飞，易忠，张超.航天器防护高能带电粒子的新方法[J].航天器环境工程，2008，25(2)：198-200.

[10]Geng CR，Tang XB，Gong CH，et al.A Monte Carlo-based rad iation safety as ses sment for astronaut s i n an env i ron ment w ith confined magnetic field shielding[J].Journal of Radiological Protection Official Journal of the Society for Radiological Protection，2015，35(4)：777.