发展背景

空间环境是指日地空间对人类活动构成影响的所有环境因素，包括各种成分的带电粒子、中性粒子、各个波段的电磁辐射、电磁场、微流星体和空间碎片等。空间环境是卫星、飞船和空间站等航天器的运行环境，也是导航、定位、通信等卫星业务的路径环境。它所涵盖的区域包括地球高层大气、电离层、磁层、行星际空间以及太阳活动区域。空间环境中的各种效应对在轨航天器的安全运行以及航天员的身体健康构成了严重的威胁，同时对依赖于天基手段的人类活动造成了不同程度的影响。

探测空间环境，了解空间环境不仅是航天活动的重要科学目的，也是航天器安全保障的需要。由于变化的空间环境可能对航天活动和技术系统造成重大影响，因此，有必要全面开展空间环境探测与研究，了解和掌握空间环境的一般状况和变化情况，保障以航天器为依托的经济活动及科技活动的安全。空间环境探测不仅是人类对自身生存空间认知的需要，也是人类进入空间确保空间系统安全的需要。

空间环境包括真空、低温、微重力、地磁场、太阳电磁辐射、高能带电粒子、等离子体、 原子氧、微流星/空间碎片等多种因素。这些因素以不同的方式对航天器造成损害。随着航天器技术的发展，性能的提高，使用的电子器件、探测器和传感器更加先进，空间环境对卫星系统及载荷的影响更加严重。在过去的几十年里，由空间辐射环境（包括高温等离子体和高能带电粒子，不包括电磁辐射）引起的总剂量效应（Total Ionizing Dose, TID)、充放电效应（Electrostatic Discharge, ESD)和单粒子效应（Single Event Effecte, SEE)引发了几千次的航天器异常事件。

空间环境是影响航天器在轨运行时安全可靠性的重要因素，四十年的航天历史上已经发生过许多次因空间环境的作用而使航天器不能正常工作甚至完全损坏的事例。因此，在 国外已经对空间环境及其对航天器影响进行过大量的探测。

分类

空间环境探测卫星种类繁多，从探测对象和工作原理可分为带电粒子探测卫星、等离子体探测卫星、中性大气探测卫星、电磁辐射探测卫星、电磁场及其波动探测卫星以及空间环境效应探测卫星等。根据探测区域不同可分为太阳大气活动探测卫星、行星际探测卫星、磁层探测卫星、电离层探测卫星、中高层大气探测卫星、空间碎片监测卫星和空间环境效应探测卫星等。

太阳大气活动探测卫星主要针对日面高能电磁辐射和日冕可见光进行探测。探测仪器具体包括太阳紫外流量计、太阳X射线探测器等高能电磁辐射流量和能谱类探测仪器，太阳紫外成像仪、太阳X射线成像仪、太阳分光日冕仪等成像类探测仪器以及太阳磁像仪等。

行星际探测卫星主要针对太阳风、行星际磁场、太阳能量粒子事件、日冕物质抛射事件等进行探测。探测仪器具体包括太阳风等离子体探测仪、磁通门磁强计、太阳宇宙射线探测器、太阳能量粒子探测器、日冕物质抛射白光成像仪等。

磁层探测卫星主要针对磁层中带电粒子和场进行探测。其中，带电粒子探测仪器具体包括高能质子探测器、高能电子探测器、宇宙射线成份探测器、中能/低能离子成份探测器、低能电子探测器、等离子体探测器等；磁场、电场和低频电磁波动类探测仪器具体包括磁通门磁强计、空间电场仪、电子漂移计、低频电磁波探测器等。此外，中性原子成像仪、极紫外成像仪等仪器用于对地球环电流和等离子体层进行成像探测。电离层探测设备主要针对电离层中的等离子体密度、温度、漂移速度、总电子浓度和电子浓度剖面等进行探测。探测仪器具体包括电子/离子探针、质谱探针、光谱仪、磁力仪等。

中高层大气探测卫星主要针对中高层大气密度、成份、风场和发光现象进行探测。探测仪器具体包括大气密度探测器、大气成份探测器、气辉探测器、紫外辐射探测器、法布罗意干涉仪等，而远紫外成像仪、X射线成像仪等用于极光卵的成像监测。

空间碎片探测卫星主要针对太空中的微小碎片和微流星体等进行探测。探测仪器具体包括半导体探测器、压电薄膜探测器、等离子体探测器等。

空间环境效应探测卫星主要针对辐射剂量效应、单粒子效应、充电效应、原子氧剥蚀效应等一系列环境效应进行监测和试验。探测仪器具体包括各种辐射剂量仪、线性能量传输谱探测器、单粒子事件试验仪、航天器表面电位探测器、深层充电探测器、舱内电磁脉冲探测器、原子氧剥蚀探测器、污染气体探测器等。

工作内容

空间环境探测卫星的主要工作内容包括：空间环境扰动源的监测、空间环境状态及其变化监测、空间环境对人类活动的影响监测3个方面。

（1）空间环境扰动源的监测

空间环境扰动的主要源头是太阳大气活动。太阳日冕物质抛射、高速太阳风、冻结在太阳风中的行星际磁场、行星际激波等是诱发地球磁层暴，进而产生热层暴的主要原因，而太阳耀斑等高能爆发活动，是地球电离层暴、太阳高能粒子等事件的源头。因此太阳耀斑、日冕物质抛射、太阳风、行星际磁场等是空间环境扰动源必须监测的内容。为了将扰动预报的时间提前，也需要对太阳大气活动的先兆现象进行监测，如太阳活动区、冕洞等的位置、结构和演化等。

上述太阳大气活动的可见光、射电波段监测主要在地面进行。天基遥感监测主要集中在远紫外、极紫外、X射线波段，为避免地球大气杂散光影响，也安排天基太阳日冕的可见光监测。现场监测主要针对太阳抛射的各种带电粒子、太阳风等离子体，以及行星际磁场等的监测。

（2）空间环境状态及其变化监测