分析了國內空間質子探測現狀及其向著寬量程、高精度的發展趨勢，并對比分析了國內外空間粒子探測儀器地面質子束源。依據空間質子能譜范圍，從技術指標和業務運行角度，給出了空間質子探測儀器定標束流的加速器類型、離子源類型及束流輸運和總體布局等方面需求。

　　引言

　　我國自1970年代開展空間環境探測以來，中科院空間中心等單位研制了各類空間粒子探測儀器，應用于國內各個軌道的衛星、飛船、空間實驗室等，獲得了大量空間粒子環境數據，為航天器安全運行保障和科學研究提供服務。

　　空間粒子輻射探測的其中一項重要任務是對空間中的質子的測量，測量能譜、方向等。空間質子存在各個日地間區域、日球層及其他區域，來自太陽、宇宙線以及行星輻射帶。空間質子可能造成航天器的輻射劑量效應、原子位移效應及單粒子效應等，這些效應輕者導致航天器性能下降，重者造成系統失效。風云一號(B)衛星便是由于單粒子效應，造成自控系統損壞，而整星失效，損失巨大。

　　通過對于空間質子通量、方向等方面進行探測，獲取空間質子的能譜分布、區域分布以及變化規律等方面。從而一方面為空間粒子演化規律等研究創新提供數據支持;另外一方面為航天設計提供保障。為保證科學儀器在軌可以實現任務目標，在地面開展儀器定標是儀器研制過程中重要環節，通過地面定標可以對儀器性能和指標進行考核驗證。

　　粒子加速器定標是考驗一臺儀器性能指標的重要手段，而加速器定標重要關注的是粒子加速器，其指標性能直接影響儀器定標問題。國內外對于空間探測儀器定標所需加速器，基本上采用專用加速器和改造大型加速器方法進行[6-8]。因此，開展基于國內空間質子探測發展趨勢分析的情況下，分析空間質子探測儀器定標的加速器技術指標需求。

　　1、空間質子探測

　　自從范愛倫發現地球輻射帶，并且確認輻射帶由質子和電子為主構成。空間質子探測成了大部分空間科學研究和空間環境監測任務內容，無論是地球空間科學衛星還是行星際探測。通過對于空間質子探測，了解空間不同軌道輻射環境的變化特點和規律及惡劣狀態，獲取空間輻射環境的耦合、擴散及傳播等演化機理和機制。

　　如圖1所示，日地空間主要區域的質子能譜分布。能量上從太陽風質子eV到宇宙線質子TeV的范圍，跨越了8個數量級;通量從宇宙線10^-5 Pa/cm²·s到太陽風10¹⁵ Pa/cm²·s的范圍，跨越了20個數量級。

圖1 日地間空間質子能譜分布

　　空間質子探測根據能量不同，在低端可以采用靜電分析器結合微通道板實現，而在keV到MeV采用半導體望遠鏡方式實現，在高能量可以采用閃爍體組合及切倫科夫等方法實現。通常在空間探測領域會將低能質子探測歸為空間等離子體探測，所以后繼討論均為空間高能質子探測方面。

　　國際經過多年的空間探測任務牽引，質子探測器已經向小型化、高精度等方面發展。國內歷經多年的發展，經過早期實踐4號等航天工程起步階段，而后在空間氣象監測、載人航天及空間科學先導專項等任務需求下，不斷在向高精度、寬能譜等方向推進。如下表1所示，為國內部分典型航天任務空間質子探測指標。

表1 國內典型航天任務空間質子探測指標

　　國內空間質子探測由早期重點關注輻射帶粒子測量，拓展到關注包括地球極區粒子上下行、太陽爆發、日球層等區域粒子的測量;由早期關注高能段帶電粒子拓展到關注產生高能粒子的種子粒子的中、低能量段，并且同時向更高能量段進行延伸;由早期的帶電粒子能譜測量，拓展到同時開展帶電粒子方向分布測量。

　　4、小結

　　空間質子定標束流系統研制完成以后，可以模擬各類活動狀態下空間輻射環境的質子狀態，可以為國內高能質子、中能質子及中性原子探測儀器的定標提供粒子束流，為空間科學儀器數據產出的質量提供保障。

　　質子束流系統研制完成以后，加上國內正在建設的30 keV質子束流源，將可以提供10 MeV能量以下所有能量質子束流，進一步完善國內空間質子探測儀器研制試驗測試基礎設備能力，從而為穩固國內在國際上空間粒子探測一流水平提供支撐。