单能电子突增对地球同步轨道卫星聚酰亚胺介质的深层充电效应影响

地球同步轨道时常会发生某单一能量附近高能电子通量突增现象,大量电子注入导致航天器绝缘介质充电效应更加显著。为了更好地评估单能电子突增现象下地球同步轨道航天器介质内部充电水平,建立了3 mm厚平板聚酰亚胺三维模型,采用了一种高能电子辐射和电场数值计算的Geant4-COMSOL联合充电评估方法,分别获得了0.4、0.7、1.0与1.3 MeV这4种单能电子以及地球同步轨道FLUMIC电子能谱辐射下聚酰亚胺内部电荷沉积速率和辐射剂量率分布,同时计算了其内部电场强度和电位分布;将单能电子与FLUMIC能谱叠加,研究了叠加辐射环境下聚酰亚胺内部电场和电位分布,并通过电荷传输过程分析了辐射条件与材料特性对电场强度和电位的影响规律。结果表明,在特定绝缘结构下,0.7 MeV单能电子入射产生的电位最高;1.0 MeV单能电子入射产生的电场强度最高;当同步轨道发生单能电子突增现象时,1.0 MeV电子突增加强了电场强度,1.3 MeV电子削弱了电场强度,基于电荷传输过程解释了叠加辐射环境下的充电规律。研究表明,地球同步轨道下特定结构绝缘介质在发生单能电子突增时,注入电子会导致充电效应加强而产生最坏情况,而更高的电子能量反而穿透材料并提升介质电导率,有效地降低了材料内部电场。

不同温度下聚酰亚胺薄膜陷阱特性对其绝缘性能的影响

聚酰亚胺具有优良的绝缘性能与耐高低温性能,广泛应用于航天器电力系统绝缘和航天器表面。为了研究不同温度对聚酰亚胺薄膜陷阱特性和绝缘性能的影响,首先采用电晕放电法对聚酰亚胺表面进行充电,用等温表面电位衰减法与双指数数学模型计算陷阱分布参数,研究分析了25、50、70和90℃条件下的陷阱分布。其次,测量了聚酰亚胺薄膜在不同温度下的体电导率和介电频谱特性,分析了聚酰亚胺薄膜陷阱分布特性对其介电性能和体电导率的影响规律。研究结果表明:随着温度的升高,聚酰亚胺中浅陷阱分布变化不明显,但深陷阱能级略有下降,且深陷阱密度大幅度降低;温度升高,陷阱对载流子束缚作用减弱,载流子迁移率、载流子浓度增大,引起电导率上升;深陷阱密度降低导致载流子激增并形成空间电荷极化现象,引起介电常数在低频区域上升;基于双极性电荷输运模型,揭示了陷阱对薄膜绝缘性能的影响机理,从电极注入与内部电荷传输两个角度分析了温度对绝缘性能的作用机理,为进一步改善极端应用环境下聚酰亚胺薄膜的绝缘性能提供了理论依据。