木星轨道卫星深层介质充电电势仿真研究

采用GEANT4-RIC方法,对处于木星轨道的星用电路板FR4(环氧玻璃布层压板)介质和电缆PTFE(聚四氟乙烯)介质的充电过程进行模拟研究,计算不同接地状态、不同介质厚度和不同屏蔽层厚度条件下,介质内部的充电电势。研究结果表明,介质充电电势与介质接地方式密切相关,双面接地可以大大降低介质的充电电势;使用薄介质以及增加屏蔽层厚度也是降低介质内部充电电势的有效方法。

卫星介质深层充电的计算机模拟研究

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 ,文中介绍了介质深层充电的物理机制 ,给出了初步的物理模型和计算机模拟方法 ,该模型的模拟计算结果与欧空局的深层充电分析软件DICTAT的计算结果吻合得很好 .深层充电导致的最大电场总是出现在介质的接地侧 ,因此 ,介质的接地侧是发生放电的危险区域 ;对于典型的外辐射带高能电子能谱情况 ,介质的充电时间为小时量级 .

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.

屏蔽材料对木星轨道卫星内部介质充电效应的影响研究

在木星轨道的空间辐射环境中,占主导地位的粒子是能量大于1 MeV(甚至高于100 MeV)的高能电子,这可能会产生卫星内部介质充电效应。在卫星的防辐射设计中,通常需要一定厚度的材料来屏蔽这些电子,使得进入卫星内部的电子通量达到安全的水平。利用所建立的GEANT4-RIC(radiation induced conductivity)方法,研究了运行于木星轨道的卫星对高能电子的最佳屏蔽材料设计。研究了铝、钛、铁、铜、钽和铅作为卫星屏蔽材料的可能性。研究结果表明,在木星探测任务中,为了减轻卫星内部介质充电效应,高原子序数材料比低原子序数材料在相同质量下提供的屏蔽效果更好。因此,用钛、铁、铜、钽或铅代替地球轨道卫星上常用的屏蔽材料铝,可以节省屏蔽质量。

不同接地方式的卫星介质深层充电研究

计算了几种典型的接地方式下卫星介质构件中深层充电所致的最大电场及表面电位 ,并进行比较分析 .结果表明 ,在同样的辐射环境条件下 ,正面接地及两面同时接地时平板介质构件中最大电场比背面接地时低一个量级以上 ,因此前两种接地方式中介质相对较安全 ;单面接地时被充电介质与相邻金属部件或接地物体之间存在放电的可能 ,而两面同时接地时则不会发生 .

卫星中介质深层充电特征研究

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 .通过数值模拟方法对卫星介质材料中充电所致最大电场与高能电子能谱、介质厚度 ,及屏蔽厚度等的关系进行了详细研究 。

基于Geant4的介质深层充电电场计算

基于Geant4模拟了电子在Teflon介质中的电荷输运过程,获得了其内部的电流密度、剂量率和电荷沉积量沿深度的分布曲线,进而利用电荷连续性方程、泊松方程和深层俘获方程求解出Teflon中高能量、小束流电子辐照下的电场分布.将介质平板充电过程简化为屏蔽铝板与分层介质组成的Geant4模型,电子源为1.0MeV,0.1pA/cm2的平面源.通过记录经过各层介质的电子电量和各层介质内沉积能量和电子数目,用统计平均的方法获得了介质内电流密度、剂量率和电荷沉积量沿深度的分布规律.介质内电场计算采用辐射诱导电导率模型,计算了介质不同表面接地条件下的电场分布.结果表明,相同条件下背面接地将获得比正面接地更高的电荷密度、电场和电势,更容易发生内放电现象.由于采用了与空间内放电一致的临界条件,计算所得电场也与材料发生放电的阈值(107V/m)接近,获得的电场与实际相符.