《航天器空間環(huán)境效應(yīng)》課程開設(shè)于中國科學(xué)院大學(xué)（以下簡稱“國科大”）天文與空間學(xué)院成立伊始的2015年，涉及空間科學(xué)與空間技術(shù)相交叉的綜合知識。中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心（以下簡稱“空間中心”）充分發(fā)揮在該領(lǐng)域科研人才、科研設(shè)施、工程應(yīng)用經(jīng)驗等方面優(yōu)勢，承擔(dān)了航天器空間環(huán)境效應(yīng)課程的教學(xué)工作。

　　教師團隊是有著十年至二十年不等研究與工程經(jīng)歷的一線科研人員，從航天器技術(shù)發(fā)展與工程實踐中總結(jié)提煉出基礎(chǔ)理論與核心技術(shù)進行授課，課程涵蓋了器件電路輻射效應(yīng)、材料部件充放電效應(yīng)及對器件電路影響、暴露材料部件侵蝕效應(yīng)，空間環(huán)境效應(yīng)的作用原理、風(fēng)險分析與試驗技術(shù)、防護技術(shù)要點及原理等，課程還給出了大量的工程應(yīng)用實例，做到了科教融合、學(xué)用結(jié)合。該課程吸引了15個空間科技相關(guān)研究所20個專業(yè)的研究生學(xué)習(xí)，學(xué)生專業(yè)主要有飛行器設(shè)計、空間探測、光電載荷、宇航器件、空間用材料等。

　　為了克服空間科技類課程抽象、枯燥的困難，空間中心為該課程設(shè)立了實驗和仿真實習(xí)環(huán)節(jié)。在最初的兩學(xué)年里，在空間與天文學(xué)院的支持下，選課研究生犧牲周末時間，從國科大雁棲湖校區(qū)趕往空間中心中關(guān)村園區(qū)進行兩批次6學(xué)時實習(xí)，包括部分動手實驗和部分觀摩實驗及仿真。2016年底，空間中心總部由中關(guān)村搬遷至懷柔科學(xué)城，毗鄰國科大總部雁棲湖校區(qū)，便利的交通、寬敞的實驗室等為科教融合開設(shè)高水平的實驗和仿真課創(chuàng)造了條件。

　　2017-2018學(xué)年，空間中心在懷柔園區(qū)實現(xiàn)了周一至周五的研究生實習(xí)。2018-2019學(xué)年，實習(xí)環(huán)節(jié)得到全面升級，課時增加至24學(xué)時；針對研究生實習(xí)，空間環(huán)境特殊效應(yīng)實驗室還專門研發(fā)了研究生專用單粒子效應(yīng)實驗裝置、搭建了表面充放電實驗裝置、構(gòu)建了研究生實習(xí)用仿真計算及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等；教師團隊還結(jié)合課堂講授的理論知識要點和航天工程實踐熱點，設(shè)計了典型的實驗與仿真，內(nèi)容包括對航天器電子系統(tǒng)有廣泛重要影響的單粒子效應(yīng)實驗、對中高軌衛(wèi)星危害嚴(yán)重的充放電實驗、以及影響所有航天型號任務(wù)的空間輻射環(huán)境及效應(yīng)仿真等三大系列的多個主題；所有實驗和仿真均由研究生動手操作，在獲得的數(shù)據(jù)和觀測現(xiàn)象基礎(chǔ)上進行“仁者見仁、智者見智”的獨立分析，并形成了充滿個性的實驗報告；為了進一步激發(fā)同學(xué)們的創(chuàng)造性和探索欲，針對對航天器危害最為突出的單粒子效應(yīng)，在完成基本實驗的基礎(chǔ)上，課程還設(shè)置了開放實驗單元，由研究生自主提出命題、設(shè)計實驗方案、制作實驗電路和進行實驗自由探索。

　　同學(xué)們通過課堂聽講、實驗和仿真，系統(tǒng)深刻地掌握了航天器在軌飛行遭遇的主要空間環(huán)境要素的特征、遭受影響的主要機制與規(guī)律、工程應(yīng)用進行分析、試驗與防護設(shè)計的基本思路與要點，為未來深入探索、開發(fā)和利用空間奠定了相關(guān)理論與技術(shù)基礎(chǔ)。圖一是同學(xué)們進行仿真計算的場景，以及繪制的部分空間輻射環(huán)境及影響特征圖。圖二是同學(xué)們以異或門電路為主要對象，自主選擇器件設(shè)計實驗電路，提前仿真單粒子效應(yīng)對該電路影響、以及實際實驗獲得的上游電路單粒子瞬態(tài)脈沖導(dǎo)致的異或門電路輸出“反轉(zhuǎn)”結(jié)果。圖三是同學(xué)們通過實驗測得的典型星用材料表面充電電位變化，以及形成的放電脈沖和對星用電路造成的干擾。

　　實驗過程并不是一帆風(fēng)順的，部分同學(xué)為了做好實驗提前一周就到實驗室進行準(zhǔn)備和電路調(diào)試，但在實驗過程中還是會出現(xiàn)電路輸出異常、實驗現(xiàn)象與仿真或設(shè)想差異較大等問題，甚至不能觀察到明顯現(xiàn)象。針對這些異常，一部分同學(xué)們通過團隊協(xié)作及時解決了問題，一部分將問題在實驗報告中進行了深度剖析，總結(jié)失敗原因，還有些同學(xué)在老師的指導(dǎo)下進行了額外實驗，并順利完成了實驗。同學(xué)們通過這些實驗與仿真，收獲的不僅僅是實驗結(jié)果，更多的是完成了實驗的全鏈路參與和思考，從設(shè)計主題、細化實驗/仿真方案、選擇器件搭建實驗電路，到現(xiàn)場分析和解決各種異常，再到各抒己見分析撰寫實驗/仿真報告，何嘗不是一次創(chuàng)新的啟迪。

　　圖一：同學(xué)們進行的典型衛(wèi)星軌道空間輻射環(huán)境及其影響仿真

　　圖二：同學(xué)們設(shè)計實驗的單粒子瞬態(tài)脈沖對異或門電路影響

　　圖三：同學(xué)們進行的星用材料表面充電和放電對星用電路影響實驗

　　同學(xué)們對該課程給與了充分的肯定?！皫孜皇谡n老師大量運用他們在實際工作過程遇到的案例，將抽象的概念具體化，讓學(xué)生們非常容易接受其中的精髓。”“通過課堂理論知識與實驗平臺動手操作相結(jié)合的方式，我們可以更好地學(xué)習(xí)課程?！薄袄碚撆c實踐結(jié)合的非常好！可以擴展視野，豐富思維方式！”“自主設(shè)計實驗開發(fā)了思維能力，拓展了科研學(xué)習(xí)思路，提高了科研敏感度，為大家學(xué)習(xí)理論課程以及后續(xù)的研究工作都提供了巨大的幫助。” “到空間中心激光試驗室能夠親自動手，非常幸運，對單粒子效應(yīng)有了更加清晰的認(rèn)識，同時還鍛煉了自己與合作隊員之間的團隊協(xié)作能力?！?“課堂上講授的很多空間環(huán)境效應(yīng)的物理圖像，可以通過仿真實驗進行重新繪制和分析，這非常有助于我們對課程知識點的理解。”天文與空間學(xué)院課程督導(dǎo)教師也親臨仿真與實驗課現(xiàn)場，他們評價：“利用科學(xué)院科研人才、設(shè)備與經(jīng)驗優(yōu)勢，針對國科大研究生教育專門開設(shè)理論與實驗相結(jié)合的課程，是科教融合的重要體現(xiàn)?！?/font>

　　科教融合培養(yǎng)高水平優(yōu)秀人才，是中國科學(xué)院和中國科學(xué)院大學(xué)的重要使命，空間環(huán)境特殊效應(yīng)室將繼續(xù)充分利用我院一流的科研人才、設(shè)施等優(yōu)勢，著力塑造更多理論扎實、動手能力強、創(chuàng)造思維活躍的創(chuàng)新人才。

　?。ü└澹嚎臻g環(huán)境特殊效應(yīng)實驗室）