木星系粒子辐射环境效应及防护关键技术

王建昭，张庆祥，田 岱，朱安文，邱家稳

（北京空间飞行器总体设计部，北京 100094）

0 引言

木星是太阳系中体积和质量最大的行星，且拥有多达69颗卫星，木卫一（Io）存在频繁的火山喷发活动；木卫二（Europa）拥有地下海洋，是潜在的宜居星球，更是地外生命探测的重点；木卫三（Ganymede）是太阳系体积最大、磁场最强的卫星；木卫四（Callisto）的探测数据可用来研究木星系和太阳系的形成和演化，因此对木星系探测具有重要的科学意义。

目前为止，已有多颗探测器造访过木星，其中以飞掠形式探测木星的航天器包括“先驱者”（Pioneer）Ⅹ/Ⅺ号、“旅行者”（Voyager）Ⅰ/Ⅱ号、“尤利西斯号”（Ulysses）、“卡西尼号”（Cassini）、“新视野号”（New Horizons），以环绕形式探测木星的航天器包括“伽利略号”（Galileo）[1]和“朱诺号”（Juno）[2]。其中，Galileo在木星赤道面轨道探测了36圈，并多次飞掠木卫一至木卫四；Juno在木星极轨轨道对其进行全方位探测，近木点达到1.06RJ（RJ取71 492 km）。另外，NASA和ESA还有多个正在实施的木星探测计划，如JUICE和JEO等。

随着我国深空探测能力不断加强，木星探测是未来的深空探测热点之一。与其他深空探测任务相比，木星探测的难点之一在于其恶劣的辐射环境。Bagenal等[3]对比了地球与木星磁场参数，平均而言，木星磁矩是地球的2×104倍，其表面磁场强度比地球大20倍，磁层范围也更大，因此木星磁场可俘获比地球空间更高能量的粒子。一般认为，地球轨道电子最高能量＜10 MeV，而木星轨道电子最高能量可达1 GeV，质子最高能量为数GeV。环木星轨道存在大量能量超过10 MeV的高能电子，对探测器抗辐射设计提出了很高的要求。

本文拟从木星系辐射环境及辐射环境引起的效应2方面进行论述，旨在梳理相对地球空间环境，航天器在木星系中所遭遇到的不同的辐射环境，以及这些特殊辐射环境引起的效应，为后期木星系探测任务辐射防护关键技术攻关提供参考。

1 木星系粒子辐射环境研究现状

木星系存在复杂的辐射环境因素，导致多种辐射效应，如表1所示。

表1 木星系辐射环境及辐射效应关系Table 1 The radiation environment and effects in Jovian system

1.1 高能粒子辐射环境

NASA和ESA构建了多个可工程应用的木星粒子辐射环境模型。较早开发的是NASA的D&G模型[4]，该模型利用地基甚大射电望远镜阵列观测木星高能电子同步加速的发射能谱，Levin等[5]给出的结果如图1所示，图中还标出了利用VIP4模型得出的磁场位形，弧线对应L值分别为1.5RJ、2.0RJ、2.5RJ、3.0RJ、3.5RJ。D&G 模型指导了 Galileo的任务设计。NASA还开发了GIRE模型[6]，该模型利用Galileo多年探测数据，以及Pioneer Ⅹ/Ⅺ和Voyager Ⅰ/Ⅱ的飞掠探测数据，描述木星辐射带高能电子和质子的平均通量。在GIRE模型中，空间位置坐标用与木心距离ρ和与磁尾电流片垂直距离Zmap表示。该模型一直在不断完善之中，并支持了Juno的任务设计。

图1 木星辐射带1.4 GHz电子同步加速发射谱Fig. 1 Observed electron synchrotron emissions at 1.4 GHz for Jovian radiation belt

Garrett等[7]对比了地球与木星辐射带1 MeV电子和10 MeV质子的积分通量空间分布特征（图2）。在地球空间，质子主要存在于内辐射带，电子主要存在于外辐射带，而木星系只存在单一的以电子为主的辐射带。对比地球同步轨道（GEO）和木星赤道面4RJ轨道，木星轨道高能质子和电子通量高2～3个数量级。木星辐射带内的粒子能量、通量以及覆盖范围均远远高于地球辐射带。

图2 地球与木星辐射带高能电子与质子积分通量空间分布Fig. 2 Contours of integral electron and proton flux at the Earth and Jupiter radiation belt

另外，ESA构建了JOSE模型[8]，该模型利用平均通量和不同的乘数因子，可描述不同置信度下的木星磁层高能质子和电子通量。L＜9.5RJ时，JOSE模型采用Salammbo理论模型[9]，在该范围内不能提供有置信度的通量数据；L＞9.5RJ时，JOSE模型利用Galileo探测数据构建基于统计的经验模型。另外，JOSE模型在L=9.5RJ附近数据存在不连续性。GIRE模型和JOSE模型的电子通量对比见图3，L＜9.5RJ时，GIRE2模型与JOSE模型差异较大；L＞9.5RJ时，2个模型所用数据源相同，结果也较符合。目前，Juno最新的数据及探测结果已公开，可对GIRE模型和JOSE模型进行验证和改进。

图3 GIRE2模型与JOSE平均模型描述的木星赤道面电子通量Fig. 3 Equatorial integral radiation flux profiles of energetic electrons at equatorial Jupiter orbit from GIRE2 and the mean JOSE model

1.2 离子辐射环境

搭载于Galileo的重离子探测器（HIC）可探测C至Ni的高能离子（6～200 MeV/u）[10]。由于Io频繁的火山活动，其喷发的中性粒子可到达木星磁层，进而被电离，对木星辐射带离子的形成有重要贡献。木星辐射带离子主要包括 C+、O+、S+；NASA最新的HIC模型[11]显示，这些离子能量较小（＜40 MeV/u），因而不是木星任务单粒子效应的主要来源，只需要少量屏蔽防护，其通量即可低于同轨道太阳质子和宇宙射线通量。Garrett等[11]利用HIC模型和宇宙射线（CR）模型，得到了Europa环绕任务轨道所经受的离子环境，结果如图4所示，当离子能量大于30 MeV/u时，离子总通量与来源于银河宇宙射线的离子通量接近，即高能离子的主要来源是银河宇宙射线。

图4 Europa轨道（9.49 RJ）经受的离子环境Fig. 4 Heavy ion fluence for a mission to Europa orbit (9.49 RJ)

1.3 等离子体和极区粒子辐射环境

木星磁层空间充满了热等离子体（5～100 keV）和冷等离子体（＜5 keV），并符合麦克斯韦−玻耳兹曼分布。这些等离子体是航天器表面充电的重要来源，Garrett等[12]利用模型计算得到了Europa轨道（9.5RJ）热等离子体与冷等离子体能谱，结果如图5所示。经过仿真，相比地球同步轨道，木星赤道15RJ处背景等离子体充电电位较低[13]。因此，对于非极区轨道的木星探测，表面充电的防护需求较容易满足。

图5 Europa轨道（9.49 RJ）冷等离子体与热等离子体分布Fig. 5 Cold and warm plasma distributions for electrons and protons near Europa orbit (9.49 RJ)

另外，若任务采用大倾角轨道，而木星极光十分强烈且长时间存在，复杂多变的极光等离子体环境将对航天器（如Juno）安全运行产生严重影响，其中需特别考虑的是表面充电效应。如果航天器使用太阳能电池作为能源，则航天器表面充电效应（尤其是经过木星极区时）将更加显著。

1.4 木卫一至木卫四的辐射环境

Galileo多圈轨道都是以4颗伽利略卫星为飞掠目标，正在实施的JEO和JUICE分别将对Europa和Ganymede进行详细探测，而我国规划的首次木星探测计划将以Callisto为探测目标。因此，对伽利略卫星附近辐射环境的研究有现实的工程意义。

木卫一至木卫四的基本特征如图6所示。Io的火山爆发产生大量粒子后输运到木星磁层成为木星辐射的重要来源，并在其公转轨道形成了等离子体环。Galileo在轨数据表明，以Galileo与Io的经度夹角表示航天器是否处于Io的阴影区，当航天器处于阴影区附近（夹角＜25°）时，观测到木星磁层高能电子扰动事件的概率更大[14]，而扰动事件发生概率和该夹角有明显负相关性。因此在航天器任务设计中，应尽量避免航天器处于Io的阴影区附近。

图6 伽利略卫星特征汇总Fig. 6 Characteristics of Galilean satellites

Europa存在地下海洋，是地外生命探测的重中之重，且其具有一定的磁场、电离层、大气结构。另外，飞掠Europa期间，GalileoEPD探测到的粒子计数率有明显的下降[15]，这主要是因为Europa磁场的屏蔽作用。另外，由于Europa处于木星强辐射区域，表面受高能粒子轰击形成了众多可观测的痕迹。

Ganymede拥有太阳系卫星中最强的磁场，Williams等[16]对其磁场进行了三维仿真。Ganymede自身磁场和偶极子场较为接近，强度远大于背景磁场强度。经仿真分析，相比Ganymede公转轨道，由于磁场屏蔽效应，对其进行环绕探测可使探测器经受的总电离剂量水平降低50%～60%。

Callisto无明显地质活动，表面遍布陨石坑，是伽利略卫星中唯一轨道没有发生Laplace共振的卫星，因此其保留了众多木星系早期的信息。通过对Callisto表面陨石坑大小、年龄、分布等统计，可对木星系的形成乃至太阳系的形成和发展（尤其是太阳系早期的大撞击年代）进行研究。

Galileo对伽利略卫星进行了多次飞掠探测，根据其粒子探测数据可反演航天器飞掠和环绕伽利略卫星时遭遇的辐射环境，为航天器防护设计提供约束条件。其中，ESA开发了基于Monte Carlo算法的仿真程序PLANETOCOSMICS-J，可计算伽利略卫星附近空间的辐射环境[17]。

2 木星系探测辐射效应研究重点

木星辐射带拥有远比地球恶劣的强辐射粒子环境，Fieseler等[18]对Galileo多年的在轨异常进行了总结，其中，12种故障确认与辐射直接相关，包括探测器噪声增长、电离总剂量造成的漏电流、介质电弧放电造成的供电故障、内部静电放电噪声和晶振频率偏移等。另外还有13种故障疑似与辐射效应有关。

辐射环境对元器件产生的总剂量及单粒子效应将导致逻辑电路产生错误甚至器件失效；由高能粒子穿透航天器外壳而沉积在电介质内发生内带电效应，超过介质耐压阈值发生放电将对星内电路产生严重破坏；位移损伤效应导致材料性能衰减，降低热控系统性能和太阳电池板供电效率。

2.1 电离总剂量效应及防护

对于木星探测任务，木星辐射带内的高能粒子以及任务期间的高电离总剂量水平是主要难点，也是抗辐射评估和防护设计的重点。

2.1.1 总剂量精细化评估

目前，总剂量设计主要依据木星辐射带模型、SHIELDOSE模型和辐射设计余量（RDM）约束。对于RDM的选择，利用历史数据对未来任务进行评估存在一定风险，需要利用统计方法（如贝叶斯方法）得到不同存活概率及其对应置信度下所需要的最低 RDM值[19]。近期，Xapsos等[20]开发了新方法，将辐射环境不确定性和器件失效剂量的不确定性结合起来定量评估总剂量导致的在轨失效概率。

木星系中带电粒子能量高、通量大，且不确定度较高，加大了航天器辐射剂量效应的防护难度。根据Galileo 的EPD探测结果，相同L值处最高的粒子通量比最低时大4倍，且随着与木心距离的增加，粒子通量的不确定性增加，如应用常规的RDM设计手段规避器件失效，将导致屏蔽质量代价高昂，因此需要优化RDM选择方法。另外，木星探测任务周期长、风险高，总剂量的评估和设计应尽量精细化。首先，对于关键元器件，进行质子和电子总剂量辐照试验，研究不同批次同一器件的失效剂量分布规律；其次，构建基于辐射环境不确定性和器件失效剂量不确定的总剂量评估方法，定量评估研究不同器件不同屏蔽状态下失效概率和存活概率随在轨时间的变化，研究不同RDM设计值对应的置信度。

对于木星探测器中的关键元器件，需要详细考虑其所遭受的总剂量。目前，如SSAT[21]和GRAS[22]等三维剂量分析工具利用扇段分析法及Monte Carlo粒子输运仿真工具，结合航天器结构三维模型，可计算航天器内任意点4π立体角范围的屏蔽情况，结合辐射环境模型，可精确评估航天器内任意点承受的总剂量。另外，利用商业软件（如Pro/E）进行二次开发[23-24]，再结合已有剂量模型，也可实现辐射剂量的三维分析。

2.1.2 轨道转移段的总剂量评估

木星探测器从发射到抵达木星系需要数年时间（Galileo用时6年，Juno用时4年），因此，轨道转移段的总剂量也应重点考虑。在轨道转移阶段，总剂量主要来源于太阳质子事件，目前常见的太阳质子通量模型有JPL模型[25]、Xapsos模型[26]等，这些模型都可给出一定置信度下的太阳质子通量。Feynman等[25]给出的JPL模型结果如图7所示，以＞10 MeV质子通量为判据，对于一定任务期，质子通量越小，超过该通量的概率越大；对于一定通量，任务期越长，超过该通量的概率越大。

图7 不同任务期＞10 MeV质子通量概率Fig. 7 Fluence probability curves for protons above 10 MeV

目前的太阳质子通量模型都是通过地球同步轨道卫星测量数据构建的，而木星探测转移段轨道覆盖空间范围极大，需要研究太阳质子通量随空间距离的分布规律。一般认为，在太阳系范围内，当距离小于1 AU时，太阳质子通量与1/r3呈正比；当距离大于1 AU时，太阳质子通量不再随空间距离的增大而衰减。结合太阳质子事件通量模型、太阳质子通量随空间位置的分布规律、转移段轨道设计，可定量评估木星探测轨道转移段所遭受的总剂量。

2.1.3 屏蔽材料与屏蔽结构设计

一般对于木星强辐射环境，利用高原子序数材料（钽、钨、钛等）进行屏蔽是较好选择。对于高能电子，其与物质作用会产生更强的轫致辐射。总体而言，低原子序数材料屏蔽高能质子更有效，高原子序数材料屏蔽高能电子和轫致辐射更有效。因此，可采用三明治结构（高原子序数材料夹在2层低原子序数材料中间），将高原子序数和低原子序数材料结合，达到优化屏蔽效果的目的。Cherng等[27]利用Monte Carlo仿真，发现当屏蔽层＞10 g/cm2时，铝/钨复合屏蔽效果好于单层铝屏蔽。Fan等[28]经过仿真，发现对于地球MEO电子辐射环境，在相同面密度下，铝/钽/铝的结构比单层铝结构屏蔽效果高60%。

不仅是金属，聚合物也可用来进行辐射屏蔽，一种典型的聚乙烯/钽/聚乙烯3层结构具有较低的热膨胀系数。另外，一些新轻量级辐射屏蔽材料也逐渐得到应用[29]，其中钨加强型聚乙烯可用于质子为主的辐射环境屏蔽，该结构有很好的稳定性；钨加强型聚酰胺可用于电子为主的辐射环境屏蔽，该结构稳定性较差但绝缘性好，可用于点屏蔽。

为应对木星系的强辐射，除了常用的整星质量屏蔽结构，还应对辐射敏感器件进行额外防护，实现关键器件和单机的点屏蔽。Juno采用了屏蔽盒设计[30]，其结构如图8所示，该屏蔽盒为钽材料的矩形结构，等效于10 mm铝屏蔽。可对安装其内的辐射敏感元器件（如遥测、推进、电源、通信、数据处理等分系统的电子器件等）进行有效的防护。设计过程需考虑可制造性、可扩展性、装配质量等多方面的要求。

图8 Juno的辐射屏蔽盒Fig. 8 Radiation vault of Juno spacecraft

2.2 内带电效应

空间充放电效应分为由高能带电粒子引起的内带电效应和由低能带电粒子引起的表面充放电效应。由于木星磁层中能量大于10 MeV的电子很多，相较于表面充电效应，内带电效应问题更为严重。

2.2.1 变化电子环境下木星探测轨道的内带电

木星辐射带高能电子通量比地球的高2～3个数量级，且最高能量可达1 GeV，因此高能电子沉积到星内电介质中而引起的内带电效应是木星抗辐射设计中的关键因素[31]。对木星系内带电效应的重视起源于1979年3月5日Voyager-Ⅰ号飞掠木星期间，在短短24 h内经历了42次加电复位异常[32]，异常累计发生概率和高能质子与电子的累积通量有很高的相关性，这些异常被认为是内带电效应导致的。以0.1～100 MeV电子通量为判据，Divine给出了木星赤道面不同位置的内部静电放电（IESD）风险，如图9[7]所示，认为当10 h内所受高能电子累积通量大于1010cm-2则有放电风险。

由于木星辐射带的强粒子辐射特征，木星环绕探测一般采用大偏心率轨道，以避免长时间处于辐射带中心区域，在该轨道上，辐射通量变化十分剧烈。因此，常见的基于Monte Carlo方法的内带电仿真方法[33]过于耗时而不再适用，需要构建变化辐射环境下的木星轨道内带电仿真方法。

图9 木星赤道面不同位置内部静电放电风险Fig. 9 Contour plot of IESD hazard as a function of perijove distance

对于地球轨道，NASA开发了AF-NUMIT2软件[34]，但该方法应用于木星电子辐射环境存在3个问题：首先，内带电多发生在辐射环境恶劣时[35]，因此需要研究木星辐射带最恶劣电子环境能谱作为内带电评估的输入；其次，AF-NUMIT2的解析输运算法仅适用于0～20 MeV的电子[36]，而木星辐射带电子能量可达1 GeV，因此需要将该算法的能量适用范围进行扩展；最后，在木星辐射的内带电防护中，除了铝，还会用其他材料（尤其是高原子序数材料，如钨、钛、钽等）进行防护[37]，因此需要在仿真与试验等方面研究不同材料对内带电效应的屏蔽效果差异。

2.2.2 质子和低温环境下的内带电相同能量下电子的射程大于质子，因此在地球轨道空间一般只考虑电子引起的内带电。在行星际转移轨道阶段，太阳质子是引起航天器介质内带电的重要原因[38]。另外，在木星辐射带存在能量高至数GeV的质子，且其通量远高于地球轨道的，因此需考虑木星探测中质子对内带电的贡献。质子和电子的输运特性差异较大，在能量沉积、散射过程、次级粒子产生、电荷迁移、退火等方面有很大不同，因此电子和质子产生的内带电特性存在明显差异[39]。

电阻率是电介质内带电评估的关键因素。有2种方法测量星用电介质材料的电阻率：ASTM标准法[40]和电荷衰减法[41]。对于CRRES卫星所用电介质，电荷衰减法所测的电导率比ASTM方法测得的大2～3个数量级。另外，电介质的电阻率对温度十分敏感：Dennison等[42]的实验结果表明，对于低密度聚乙烯，每当电介质的温度下降50 K，其电阻率约增加1个数量级，因此温度降低将大大增加介质内带电及放电风险。在木星系探测中，由于太阳光照强度相对地球减小很多，航天器经受的温度低至-150 ℃以下，电介质在超低温状态下的性质及其对内带电的影响需要深入研究。

2.3 单粒子效应

单粒子效应研究是复杂的系统工程。对于木星探测，其辐射带中高通量的高能质子、重离子甚至电子在探测器所使用的高集成度、高性能微电子芯片上可引起单粒子效应。

2.3.1 高能电子引起的单粒子效应

此前的研究重点主要关注质子和重离子引起的单粒子效应。木星辐射带包含有数百MeV的高能电子，电子引起的单粒子效应逐渐引起关注。对于28 nm和 45 nm工艺的 CMOS SRAM器件，由X射线和铝介质作用产生的高能电子可引起单粒子翻转（SEU）[43]。对于45 nm工艺的CMOS商业级FPGA，20 MeV电子可引起SEU，Samaras等[44]利用试验所测得的SEU散射截面数据如图10所示。当入射电子的能量高达200 MeV及以上时，在较老工艺（0.25 μm）的器件中也观察到SEU[45]。因此，对于木星系探测任务，电子引起的单粒子效应及器件工艺的选择需着重研究。

图10 高能电子辐照下45 nm工艺FPGA SEU散射截面Fig. 10 SEU cross section curve for 45 nm technology FPGA under high energy electrons

2.3.2 低温环境下的单粒子效应

航天器在木星轨道所经历的低温环境也对单粒子效应有重要影响。对于NMOS/CMOS器件，相比于室温，在-125 ℃下质子引起的SEU截面高2个数量级[46]。对于180 nm工艺的CMOS器件，温度从300 K下降到50 K，阈值LET非单调变化（先增加后下降）并在150 K达到最大，Youssef等[47]得到的数据如图11所示，因此器件在150 K有最大的单粒子闩锁（SEL）免疫能力。对于40 nm工艺集成电路，在-55～70 ℃范围内，若偏置电压较高（1.1 V和0.9 V），则α粒子引起的SEU和SEL截面随温度增加而增加；若偏置电压较低（0.7 V），α粒子引起翻转截面随温度增加先增加后降低，并在0～15 ℃达到最大值[48]。因此，温度对单粒子效应的影响很复杂，和器件工艺尺寸、入射粒子源、工作状态等多种因素有关。

图11 180 nm工艺CMOS不同温度下的阈值LETFig. 11 Threshold LET as a function of temperature for CMOS with 180 nm technique

2.3.3 单粒子和总剂量协同效应

在不同总电离剂量水平下，器件抗单粒子效应的能力有很大不同，因此需要研究单粒子和总剂量的协同效应。Schwank等[49]在不同剂量水平下，利用20～500 MeV质子在25 ℃和80 ℃对SRAM进行SEU试验，结果表明，增加温度或总剂量都可以有效提高器件翻转截面，其中一组试验结果如图12所示。另外，Chen等[50]对40 nm工艺程序电路在0～2 Mrad(Si)范围的SEU截面进行了实验研究，结果显示在1.5 Mrad(Si)以下，翻转截面随总剂量增加而增加，在1.5 Mrad(Si)以上，翻转截面随总剂量增加而减小。因此，单粒子和总剂量协同效应的机理还需进一步研究。

图12 不同总剂量和温度下1 Mbit SRAM翻转截面Fig. 12 Upset cross section versus total dose for 1 Mbit SRAMs

2.4 位移损伤效应

位移损伤是指高能粒子或高能辐射产生的次级粒子与半导体材料物质晶格原子核发生弹性碰撞，当传递的能量大于晶原子的位移阈能时，晶格原子将获得动能克服束缚，离开原来位置成为间隙原子，从而在原位置形成空位缺陷，导致材料特性发生变化。在木星系探测中，存在的大量高能带电粒子将使位移损伤效应成为限制航天器寿命的重要因素。

2.4.1 位移损伤导致性能衰减的在轨预测

目前，对于位移损伤效应的评估主要基于等效注量法[51]和等效位移损伤剂量法[52-53]，利用非电离能损NIEL表征在轨所受位移损伤，不同能量不同粒子在GaAs中的NIEL如图13所示，将不同能量粒子（质子和电子）辐照下器件的性能衰退曲线归一化到特定能量粒子（10 MeV质子和1 MeV电子）辐照的衰退曲线，结合在轨环境，获得器件的在轨性能衰减曲线。目前，NASA已经开发了太阳电池位移损伤的在轨预示软件SCREAM[54]。在后续研究中，可将在轨预示模型与木星辐射环境模型结合，构建适用于木星探测轨道的太阳电池位移损伤在轨预测方法。

图13 电子、质子、中子在GaAs中的非电离能损Fig. 13 NIEL for electrons, protons, and neutrons on GaAs

2.4.2 低温低光照下的位移损伤效应

等效位移损伤剂量法的前提是：不同能量粒子造成的器件性能衰减曲线可归一化到特定能量粒子造成的器件性能衰减曲线。这一假设在地球轨道是适合的，但对于木星等深空探测任务，航天器处于低光照度和低温状态，这一假设是否正确有待验证。太阳电池等在低温低光照（LILT）情况下的位移损伤效应需要试验研究，而目前对该项研究开展的较少。NASA对LILT下三结太阳电池性能衰减进行研究[55]发现，LILT环境对三结太阳电池发电效率影响不大，在5.18 AU环境下发电效率相比1 AU处从32%～34%下降至30%，而此前的实验结果认为相同条件下太阳电池发电效率从30%下降到25%，前后试验结果存在差异，有待进一步详细研究。

3 结束语

针对木星高辐射、低光照、超低温的环境特点，重点讨论了电离总剂量效应、内带电效应、单粒子效应、位移损伤效应等辐射环境效应研究中面临的难点。在木星系探测任务中，应对现有方法进行集成优化创新，以适应木星独特的辐射环境，开发新的精细化设计方法。对于电离总剂量效应，应综合考虑器件失效剂量不确定性和辐射环境不确定性，以及复合屏蔽材料与屏蔽盒的设计。另外，由于轨道转移段很漫长，也应考虑该阶段的总剂量贡献。对于内带电效应，应针对具体屏蔽材料并结合轨道设计，还应考虑低温对电介质电阻率的影响。对于单粒子效应，应考虑低温环境和总剂量效应的影响，并研究高能电子引起的单粒子效应。对于位移损伤效应，应着重考虑低温、低光照环境的影响。

木星系探测中抗辐射防护的研究及设计是十分复杂的系统工程，包含的内容非常丰富。在木星系航天器论证和研制的全寿命周期，不仅要在论证和预研阶段对木星系粒子辐射环境及其效应有充分的认知，还要在航天器研制阶段将这些认知落实为设计方案。