檢驗質(zhì)量是空間引力波測量的核心傳感器，宇宙線高能粒子能夠穿透航天器屏蔽使其帶電。處于自由懸浮狀態(tài)的孤立帶電檢驗質(zhì)量在周圍電極庫侖力和磁場洛倫茲力的干擾下，產(chǎn)生殘余加速度噪聲對空間引力波科學探測目標造成嚴重影響。

在中科院的TAIJI計劃和歐空局的LISA計劃中，需要探索銀河宇宙線和太陽宇宙線對檢驗質(zhì)量的充電機制與變化規(guī)律，研究結果將為空間引力波探測計劃加速度噪聲評估、電荷管理系統(tǒng)的設計和在軌運行提供依據(jù)。

中國科學院國家空間科學中心太陽活動與空間天氣重點實驗室空間天氣效應中心研究團隊的博士研究生韓瑞龍（第一作者）、蔡明輝副研究員（通訊作者）和韓建偉研究員等人，針對背景銀河宇宙射線和偶發(fā)的太陽質(zhì)子事件，采用蒙特卡洛仿真方法開展復雜衛(wèi)星結構內(nèi)部檢驗質(zhì)量充電機理研究，揭示了不同種類、能量的高能粒子對檢驗質(zhì)量充電的機制和規(guī)律，并通過提取、處理和分析GOES衛(wèi)星高能質(zhì)子探測數(shù)據(jù)對第24太陽活動周期內(nèi)所有41次太陽質(zhì)子事件的充電特征進行系統(tǒng)評估。

研究表明，在太陽活動極小年時，銀河宇宙線造成的檢驗質(zhì)量充電速率約為39.5 +e/s，其中質(zhì)子占據(jù)主導地位，約占83.26%。在太陽活動極大年時，銀河宇宙線造成的檢驗質(zhì)量的充電速率約為12.5 +e/s，質(zhì)子充電率占比約72.96%。

可以看出，檢驗質(zhì)量充電率的主要貢獻來自于銀河宇宙線質(zhì)子和4He。此外，研究定量評估給出第24太陽周期全部41次太陽質(zhì)子事件對檢驗質(zhì)量的充電速率，發(fā)現(xiàn)一個太陽周期內(nèi)的第3至第7年為太陽質(zhì)子事件充電的高發(fā)期。

圖1： 宇宙線各粒子的充電率

（a） 太陽活動極小年；（b） 太陽活動極大年

圖2： 第24太陽周期41次太陽質(zhì)子事件的通量和充電率

圖3： 第24太陽周期太陽質(zhì)子事件充電強度分布

該成果得到國家重點研發(fā)計劃項目的資助，相關成果已發(fā)表于Scientific Reports和《物理學報》期刊上。