实验要求
（1）专业与年级要求
专业：可面向空间科学与技术、航空航天工程等专业。
年级：可面向大二至大四学生。
（2）基本知识和能力要求
本实验融合了国家航天科技前沿，具有专业、学科交叉特点，学生应具有相关基础专业理论知识，如“空间环境学”、“航天工程概论”，“空间辐射及其效应”。
能力要求：
n 深刻理解空间辐射效应与防护原理及风险评估方式；
n 理解卫星器件参数、辐射环境参数与效应的关联原理及参数变化规律；
n 具备针对航天工程提出问题、探讨问题、解决问题的能力；
n 具备反思优化的习惯和科学的思维习惯。
教学成果
实验背景
（1）空间辐射效应与防护是面向国家航天工程所培养人才必备的知识和技能
日地空间充满了高能粒子辐射，在轨运行的卫星不可避免的会受到高能粒子的轰击，产生空间辐射效应，导致星上器件和材料发生性能衰减和运行故障，严重时可导致卫星任务失败。对在轨卫星故障的统计数据表明，逾70%的卫星故障由空间辐射所引起，因此解决空间辐射效应与防护问题关乎卫星的生存，是保障卫星高可靠性和长寿命运行的前提条件，也是卫星顺利完成任务的保障。
近年来，我国航天科技的飞速发展，实现了从近地到深空，从无人探索到载人飞行，今年天和核心舱成功发射、天问一号成功落火，高可靠性设计保证了我国正式迈入了航天强国。此外，我国航天产业在多个领域已经步入了商业化进程，中国航天领域在商业航天方面取得了突破性进展，航天任务发展和实施的首要前提就是应对空间辐射对星上器件和材料的损伤，即实现卫星及航天器在空间辐射环境中运行的高可靠性。
因此，具备空间辐射效应与防护专业知识与技能是从事航天工作专业人才必需的知识储备。我国航天领域发展，对具备相关专业知识以及实践能力的航天科技人才培养需求非常迫切。此外，通过将国家航天前沿发展和对航天科学技术需求的纳入，让学生感受航天工程，感悟航天精神。
（2）空间辐射效应与防护是空间科学与技术专业的核心课程内容
我校是国内首批设立空间科学与技术专业的高校 (2010年)，是江苏省唯一授予专业工学学位的高校。《空间辐射效应与防护虚拟仿真实验》让学生掌握日地空间辐射环境背景规律，掌握卫星运行的风险和防护措施，是我校地球物理类专业空间科学与技术在航天科学与技术高层次人才培养中的重要专业知识，是其特色教学内容。同时也是我校国家一流本科专业航空航天工程新工科专业面向航天工程英才的重要教学内容。
（3）空间辐射效应与防护实验开设存在严重困难
为了将课程理论知识进一步提升，通过实验学习巩固相关专业内容至关重要；同时在获得相关知识和实验技能的基础上进一步提高观察、实践、探究和探索创新能力，因此，相关实验学习是人才培养的重要途径，也是培养航天科技人才实践能力的重要途径。但是空间辐射效应与防护实验开设存在严重困难：
首先开设空间辐射效应及防护相关的卫星任务实验，存在成本高、周期长、且即使出现故障，现场学生也无法直观的观察和接触，且故障失效后，需要重新设计卫星任务实验，所以无法对本科生开设相关的实验。
其次开设地面等效实验技术难度高。空间辐射环境高能粒子种类、入射方向、能谱分布等特征复杂，地面实验无法完全实现等效，目前仅能针对特定的辐射粒子、特定的效应和防护进行部分实现等效。
再次地面等效实验装置建设难、成本高。地面实验的高能粒子由加速器产生，平均造价都在上百万/台，设备用于本科生的动手实验存在很大的困难。
另外实验危险系数高，无法给本科生开设。辐射类的实验对人体存在辐射损伤，产生的效应是不可逆的。进行辐射实验的实验人员必须要进行培训，持证上岗；而进行辐射实验的场所要进行严格的环境评估。
因此，开设空间辐射效应与防护虚拟仿真实验具有必要性和迫切性。
设计原则
我国航天科技领域飞速发展，对具备空间辐射效应与防护相关专业知识以及实践能力的航天科技人才培养需求非常迫切。然而空间辐射效应与防护实验开设存在严重困难，团队依托相关的教学、科研平台和成果，自主研发了空间辐射效应与防护虚拟仿真实验。
（1）遵循了“学生为中心、问题导向、创新实践”的实验教学理念，合理运用了探究式、任务驱动式、项目导向、探索学习等教学方法，激发学生的学习兴趣，培养学生的工程素质。
（2）遵循学生由浅入深的学习规律，遵循从简单到复杂，从点到面的认知规律，构建了“基础认知-探究学习-探索应用”三个层次递进、环环相扣的教学实验环节。
（3）拓展了实验教学的深度和广度，具有两性一度的金课特征。实验要求学生综合采用相关的基础知识和技能解决航天工程实践的可靠性设计问题，具有高阶性；实验结合了航天工程前沿，采用最新的工程模型和探测数据，采用三维立体虚拟仿真的形式展开教学，学生通过探究性学习实现个性化实验设计，具有创新性；实验与前沿科学技术相融合，实验内容具备综合性和探索创新性内容，且实验涉及空间物理、粒子物理、半导体、材料等不同学科专业知识，体现了学科的交叉性，对学生来说，对不同专业和层次的学生具有不同的挑战性。
（4）实验将航天精神课程思政贯穿始终，实施立德树人。实验中，通过努力学习，获取各个环节的成绩，培养了学生自主学习、不断探索的精神。通过航天工程前沿知识的应用，让同学们感悟国家航天的发展，领悟航天工程师的品格。
实验目标
本实验根据《空间环境学》课程大纲及关键知识点，结合航天工程应用背景，构建了面向航天任务的空间辐射环境可靠性设计虚拟仿真实验，以卫星在空间辐射环境中面临辐射效应-风险评估-防护设计为主线，开展实验，达到以下实验目的：
（1）掌握空间辐射环境特征、空间辐射效应原理，提高学生掌握相关专业基础知识能力水平。
（2）掌握在轨卫星空间辐射效应的计算方法，掌握辐射效应随参数的变化规律，培养学生探究能力、思考总结能力和自主学习能力。
（3）掌握对卫星失效实际案例的重新优化设计及对卫星任务自由探索设计，培养学生探索创新和动手实践能力。
实验在传授知识的基础上，利用计算机信息化、虚拟现实等手段弥补现有学科在实验实践条件上的不足，拓展教学的深度和广度，提升了教学效果，对标人才培养目标。同时在实验中融合了立德树人和课程思政元素，实现学生培养的素养目标，于高水平的航天科学与技术领域人才培养具有重要意义。课程通过实验提升学生专业知识和实践能力，培养学生专业知识应用、专业技能和专业素养。
成绩评定
本实验针对考核点设计了实验成绩评价模型。以该模型为基础，系统可分别针对学生3个实验环节的完成情况自动评分。实验总分为100分，每个环节分别占20%，48%和32%。每个实验环节的实验成绩评价标准如下：
一、“空间辐射与效应原理”环节（占总成绩20%）
（1）空间辐射环境及效应学习（10分）
1）效应学习（8分）
完成所有效应学习部分，满分8分，遗漏一项扣2分（每种效应占两分）。
2）环境学习（2分）
完成效应关联以外的三种或者两种环境的学习，满分2分，遗漏一项扣1分（即，只学一种则只得一分，不学习则不得分）。
（2）环节考核（10分）
题库随机给出5道题目，每道题2分。每道回答正确则满分（2分），回答错误则不得分（0分）。
二、“空间辐射效应规律与风险评估”环节（占总成绩48%）
（1）卫星轨道及屏蔽（30分）
1）不同轨道高度条件下的辐射环境及辐射效应曲线（10分）
①计算不同高度条件下的辐射环境曲线，设计合理的轨道高度（输入的五个轨道高度需将低、中、高轨全部涵盖），满分4分；否则只得2分（部分涵盖）。
②计算不同高度条件下的辐射效应曲线，由于效应值取决于上一条的轨道高度，因此，此条得分和上一条一致，满分4分，轨道设计没有将低、中、高轨全部涵盖的话则只得2分。
③查看实验记录，满分2分，若对结果不满意，对轨道又进行了重新优化设计，则上两步重新计分，不查看不得分。
2）不同倾角条件下的辐射环境及辐射效应曲线（10分）
①计算不同倾角条件下的辐射环境曲线，设计合理的倾角（输入的五个倾角需将低、中、高纬全部涵盖），满分4分；否则只得2分（部分涵盖）。
②计算不同高度条件下的辐射效应曲线，由于效应值取决于上一条的倾角，因此，此条得分和上一条一致，满分4分，倾角设计没有将低、中、高纬全部涵盖的话则只得2分。
③查看实验记录，满分2分，若对结果不满意，对倾角进行了重新优化设计，则上两步重新计分，不查看不得分。
3）不同屏蔽厚度下的辐射环境及辐射效应曲线（10分）
①选择前面计算的一条轨道，设计合理的屏蔽厚度（输入的五个屏蔽厚度需将宇航服级别、舱壁级别、防太阳风级别的三种级别全部涵盖），满分4分；否则只得2分（部分涵盖）。
②计算不同屏蔽厚度下的辐射效应曲线，由于效应值取决于上一条的屏蔽厚度，因此，此条得分和上一条一致，满分4分，屏蔽厚度没有将宇航服级别、舱壁级别、防太阳风级别全部涵盖的话则只得2分。
③查看实验记录，满分2分，若对结果不满意，对屏蔽厚度进行了重新优化设计，则上两步重新计分，不查看不得分。
（2）星上器件及材料（18分）
1）正确完成两次或者两次以上不同的运行（器件或者材料至少更改一次），则得满分8分，只运行一次则得4分，不运行不得分。
2）由于效应值及变化规律取决于上一条的器件和材料，因此，此条得分和上衣条一致，满分8分，只运行一次则得4分，不运行不得分。
3）查看实验记录，满分2分，若对结果不满意，对屏蔽厚度进行了重新优化设计，则上两步重新计分，不查看不得分。
三、“空间辐射效应防护实践设计”环节（占总成绩32%）
（1）卫星失效任务实践（12分）
1）太阳活动参数和任务详情查看，满分2分，遗漏一项扣1分。
2）根据成功或者失败得分，满分8分，失败则得3分。若成功，详细分数评定如下：根据五星图给分（五星图按25分制算）。五星图1-5分，则该实验步骤给4分；五星图6-10分，则该实验步骤给5分；五星11-图15分，则该实验步骤给6分；五星图16-20分，则该7分；五星图21-25分，则该实验步骤给8分（满分）。
3）查看实验记录，满分2分，若对结果不满意，对倾角进行了重新优化设计，则上两步重新计分，不查看不得分。
2）卫星场景任务设计（20分）
1）领取某个任务后，先进行轨道设计。近地点、远地点、倾角、寿命在任务要求范围内，则各得1分（满分共4分），否则不满足项分别扣1分。
2）器件设计，根据成功或者失败得分，满分14分，失败则得6分。若成功，详细分数评定如下：根据五星图赋分（五星图按25分制算）。五星图1-5分，则该实验步骤给10分；五星图6-10分，则该实验步骤给11分；五星图11-15分，则该实验步骤给12分；五星图16-20分，则该13分；五星图21-25分，则该实验步骤给14分（满分）。
3）查看实验记录，满分2分，若对结果不满意，对屏蔽厚度进行了重新优化设计，则上两步重新计分，不查看不得分。