低轨道航天器高电压太阳电池阵电流泄漏效应分析计算

在一种简化的太阳电池阵结构模型基础上,利用太阳电池阵电流收集经验模式,基于电流平衡,建立了一种计算低轨道航天器高电压太阳电池阵在等离子体环境中电流泄漏的方法.利用该方法,对高电压太阳电池阵电流泄漏效应与低轨道等离子体环境、电池阵电压、电池阵裸露金属面积的关系进行了分析计算.结果表明,随着轨道高度增加,电流泄漏引起的电池阵功率损失迅速下降,影响最严重的区域为电离层等离子体密度最高的300～400 km高度的轨道区域;电流泄漏引起的功率损失与太阳电池阵电压呈指数关系,电压越高功率损失越大;200 V以下的电池阵功率损耗较小,远低于电源系统总功率的1%;电流泄漏与太阳电池阵裸露金属导体的表面积呈正比关系,因此,通过减少太阳电池阵裸露面积,可以降低电流泄漏的影响.

实践四号卫星静电分析器和电位差计探测结果分析

统计、分析了实践四号卫星静电分析器及电位差计的探测数据,并对1994年2月14日的一次充电电位达-2000V的典型充电事件进行了分析、解释。探测结果对进一步认识空间环境及卫星表面充电有一定意义。

太阳周期活动对低高度内辐射带高能质子的影响

利用NOAA-15卫星1998年到2011年近13年的高能质子全向通量观测资料,分析了一个太阳活动周内,低高度内辐射带高能质子通量的分布变化特性及其物理原因,比较了观测结果与AP8模型的不同.研究表明,低高度内辐射带高能质子通量与太阳活动水平的反相关关系与磁壳参数L值及磁场B值有关;L值越低,B值越大的空间点,其高能质子通量与太阳活动水平的反向相关性越明显.高能质子通量随太阳活动水平的变化存在明显滞后现象,L值越高、B值越小的空间点,滞后现象就越明显,滞后严重时可以达到一年左右的时间;这种滞后现象反映出低高度内辐射带高能质子的源与损失达到平衡是一个中长期过程.通过与AP8模型计算结果的比较分析可以看出,利用AP8模型时,仅考虑地磁场长期变化对质子通量的影响可能会夸大低高度内辐射带局部高能质子通量的增强.

基于单站GPS数据的GPS系统硬件延迟估算方法及结果比较

从GPS数据中解算电离层总电子含量(TEC)的最大误差源是硬件延迟。作者介绍了两种解算电离层TEC和硬件延迟的方法。利用单站的GPS双频数据,计算了2004年电离层TEC和硬件延迟,对两种方法得到的硬件延迟进行了比较,并且和欧洲定轨中心的公布结果进行了对比,同时分析了不同纬度台站数据解算硬件延迟的误差特点。结果表明:这两种方法均可以解算TEC和硬件延迟,结果是可靠的。解算的硬件延迟的标准偏差与观测站的纬度有关,在中国区域,纬度越低,估算的硬件延迟偏差越大,对这一情况进行了分析。

基于小波变换的卫星阻力系数分析

以不同弧长解算天宫一号空间实验室连续55天(d)GPS轨道数据得到卫星阻力系数Cd序列,并对同期的太阳辐射通量f10.7和地磁活动指数ap,Ap序列高、低频多层小波分解。空间环境参量和Cd序列各层信号滑动相关性的统计分析结果表明小波分解的阻力系数序列与对应的f10.7,Ap序列整体具有很好的滞后相关性,验证了通过f10.7,Ap预报Cd的可行性。对不同回归模型和回归分析样本序列长度n,分析Cd预报值残差表明:采用f10.7一元回归模型,并取n=20 d时,Cd预报结果最优。另外,NRLMSIS-00模型在350 km高度的中低纬度区域,地磁活动上升相响应过度,而下降相则响应不足;太阳辐射通量上升相响应适度,下降相响应过度。最后对应用前景进行总结,该方法对提高航天器轨道预报精度具有重要参考价值。

TLE预报精度改进及碰撞预警中的应用

双行根数(Two LineElements,TLE)是目前唯一公开发布且编目最完备的地球轨道空间目标编目数据,由于其根数的特殊性,必须配合SGP4/S19P4使用导致其预报精度有限.通过对TLE+SGP4/SDP4预报误差源的分析,利用历史TLE数据生成准观测数据重新进行轨道拟合,针对不同轨道高度和面积质量比情况,确定相应拟合周期,得出了基于弹道系数先验信息有效确定面积质量比的经验方法,对多个独立时段拟合后轨道根数结合数值方法的预报误差进行统计,结果表明,拟合后的TLE根数预报精度与稳定性有很大程度提升.利用实例对拟合TLE在碰撞预警中的应用进行分析,认为该方法对航天工程中碰撞预警置信度的提高具有重要意义.

移位损伤剂量模型及其应用

首先描述了移位损伤的机理及其影响器件性能的机制,引入了适合航天器工程抗辐射加固设计使用的 移位损伤剂量模型,探讨了其在CCD器件电荷传输效率CTE,Si器件平均暗电流以太阳电池阵输出功率等工 程参数衰降中的应用,介绍了建立的基于移位损伤剂量模型的空间环境中CCD器件CTE衰降预测模式,其结 果与欧空局空间环境信息系统的计算结果相吻合.该程序在光电器件抗辐射加固设计中具有重要的应用价值.

卫星介质深层充电中的主要物理问题

卫星介质深层充电效应是诱发地球同步轨道卫星运行故障和异常的重要因素之一,通过 计算机模拟对介质深层充电的时间常数、电场特征、以及屏蔽、介质厚度和接地方式对充电 所致最大电场的影响等主要物理问题进行了详细的分析,并给出了初步的防护措施.

美国几架航天飞机所发生的SEU研究

本文对1991年美国发射的5架不同倾角不同高度的低地球轨道航天飞机所遇到的单粒子翻转事件进行了考查和研究．结果证实在极光区和南大西洋异常区仍可能发生大量单粒子事件，大大地影响到航天器的安全，对此文中给出了一些结论和建议．

空间等离子体导致高电压太阳阵的电流收集

给出一种能方便计算空间等离子体引起高电压太阳阵（ＨＶＳＡ）电流收集的理论统计模式．通过对物理过程分析认为空间等离子体致ＨＶＳＡ的功率损耗对ＨＶＳＡ的设计是不应忽视的．

航天器异常与空间环境

本文研究考查了靠近或在地球同步轨道上的SCATHA、TDRS-1卫星以及GPS、GOES卫星组等的各自10年左右运行时间中，空间环境所导致航天器异常的发生率的年分布特征、月分布特征、地方时分布特征以及不同类型的发生率分布特征．结果表明：由于不同空间环境因素对航天器作用不同，引起异常类型不一样．因此，太阳长周期和短月、地方时周期活动对航天器异常发生率影响无简单的统一规律特征；长周期中的单粒子事件是由银河宇宙线的重离子引起，太阳质子事件不重要；空间环境研究和预测在对航天器异常的分析、判断和预测、防护中是非常必要的．

空间环境天基探测现状与需求分析

天基空间环境探测是了解空间环境状态及变化规律的重要手段,同时也是保障人类空间活动安全的空间环境预报业务的重要数据来源.为了促进中国空间环境天基探测的发展和合理布局,本文分析总结了空间环境天基探测的现状、特点以及能够服务于空间天气预报的业务监测能力情况,从空间环境业务保障角度分析了空间环境天基探测的需求,并对中国天基空间环境探测的发展思路进行了初步探讨分析.

低轨道航天器的表面充电模拟

为研究航天器表面材料在空间环境中的充电现象,利用SPIS(Spacecraft Plasma Interaction System)模拟了航天器在低轨道等离子体环境中的表面充电情况,通过对模拟结果进行分析并与实际观测进行比较,可以看出模拟结果基本能够反映出不同性质材料之间的充电差别,特别是导电材料与非导电材料之间的充电差别.模拟得到的充电电位及充电时间与充电的一般理论计算结果符合较好,且能够清晰反映出航天器运动中产生的冲击流及尾流的结构特征,根据SPIS低轨道航天器表面充电模拟的特点,认为SPIS的模拟结果是合理的.

用于空间辐射效应评估的软件—SEREAT

为快速准确地评估航天器内部的空间辐射效应,本文基于Open CASCADE工具包和Geant4开发了一套空间环境辐射效应评估软件SEREAT。SEREAT扇段分析模块读取计算机辅助设计(CAD)文件建立航天器三维模型,利用射线追踪方法计算航天器内任意位置的屏蔽厚度分布,并将CAD文件直接转换为Geant4能够识别的几何描述语言(The Geometry Description Markup Language,GDML),为基于Geant4的三维空间辐射效应评估提供几何建模数据接口。在此基础上,SEREAT常规辐射效应模块读取屏蔽厚度分布,完成舱内屏蔽能谱、单粒子翻转、总剂量等辐射效应的计算。利用本方法对地球同步轨道卫星的辐射效应进行计算,结果表明SEREAT可以满足复杂航天器辐射效应分析的需求。

空间等离子体引起的高电压太阳阵之弧光放电

简单介绍了空间等离子体引起的高电压太阳阵（ＨＶＳＡ）之弧光放电的研究现状．利用已有的一些实验数据及Ｈａｓｔｉｎｇｓ的扩展理论进行了应用ＨＶＳＡ计算，得出了飞弧概率随工作电压增加而增大，随空间环境等离子体流增高而增大的合理结果．

航天器表面充电效应及其工程计算

文章较全面地介绍了航天器与空间等离子体发生的表面充电效应。从航天器表面充电的发现到充放电带来的危害,阐述了航天器表面充电研究对航天器安全飞行的重要性,最后对如何消减表面充电效应带来的危害提出了建议,分析了用充电软件进行工程模拟计算的可行性.

低轨航天器致空间等离子体尾流

建立起一个低轨道航天器引起的等离子体尾流的二维计算机模式，结果表明：（１）尾流的宽度随表面负电位值的增加而变窄．（２）随离子马赫数增加尾流位垒变宽．（３）对正电位表面情况尾流近区有电子聚集，并且离子的放空更远．

太阳质子事件中短期预报模型研究

太阳质子事件通量的预测对航天器抗辐射加固设计和航天员出舱活动具有非常重要的意义。针对一年以下的航天任务,利用经验统计方法,确认太阳活跃年和太阳平静年期间,1—365天不同时间段内>10 MeV,>30 MeV和>60 MeV的太阳质子事件积分通量符合对数正态分布,且通量对数的标准偏差σ和期望值μ随任务期时间的变化满足对数函数形式.以此为基础,构建太阳质子通量的中短期预报模型.该模型能够针对太阳活跃年和太阳平静年,给出一定置信度下1—365天不同时间内>10 MeV,>30 MeV和>60 MeV的质子事件通量分布,从而为执行中短期航天任务提供太阳质子事件通量的预测,以规避不必要的风险.

中短期任务的太阳质子事件通量预报研究

太阳质子事件通量的预测对航天器的抗辐射加固设计和宇航员的出舱活动具有重要意义。针对1年以下的中短期航天任务,对太阳活跃年和太阳平静年分别统计了太阳质子事件和大于10 Me V质子事件通量的发生概率,分析得到太阳质子事件通量分布基本符合对数正态分布。在此基础上,计算出了一定置信度下1年以下不同航天任务期内的质子事件通量分布,为执行中短期航天任务提供了太阳质子事件通量预测的依据。

航天器浮动电位的初步分析

为了研究表面充电引起的浮动电位情况,我们采用等效电容的方法分析了近赤道低轨道高度条件下航天器的等效电容及充电时间问题,初步总结了浮动电位对航天器可能产生的影响。根据计算结果可以认为在低轨道等离子体环境中航天器会达到浮动电位的平衡状态。