地球同步轨道环境下外露介质深层带电仿真分析

空间高能带电粒子可导致航天器外露介质深层带电,从而对航天器的可靠运行带来潜在威胁。为了考察介质起电规律和最终评估深层带电危害,基于电荷守恒定律,建立了介质深层带电的数学模型,并通过数值求解,实现了对外露介质深层带电的时域3维仿真分析。该模型综合考虑了介质电导率受辐射剂量率、强电场和温度的影响。对典型的天线支撑介质结构进行仿真,结果表明:地球同步轨道环境下外露介质面临着严重的深层带电与介质击穿放电威胁,环境温度是影响外露介质内带电的关键因素。天线支撑结构的局部数10 MV/m以上强电场和10 KV以上高电压,很可能成为航天器表面放电或关键部位功能失常的诱导因素。

基于电声脉冲法的航天器介质材料在不同接地方式下空间电荷的测量

为了研究航天器介质材料在不同接地方式影响下空间电荷的分布情况,运用基于电声脉冲法(PEA)的空间电荷测量装置对辐照过的聚四氟乙烯材料在正面接地、背面接地、双面接地3种不同情况下进行内电荷测量,并从原理上分析了3种接地方式对航天器在复杂空间环境中的影响。结果表明:相同辐照情况下,双面接地时内电场最小,其次是正面接地,对航天器威胁最大的是背面接地,此时厚度为0.35 mm的聚四氟乙烯面板材料的电位达到30 kV,最大电场超过16 MV/m。相关结论可为我国航天器深层充放电防护以及未来研制长寿命的卫星提供重要的参考。

空间材料深层充放电效应试验研究

利用电子枪发射的单能电子束、以及放射源发射的能谱结构接近空间电子环境的β射线电子,模拟试验了几种常用空间介质材料和某卫星部件的深层充电过程;结合对放电电流脉冲和电场脉冲的测量,观测了深层放电脉冲信号及其对试验电路的影响。试验结果表明,在类似实际空间强度的pA量级电子束辐照下,介质材料可以累积大量电荷,其表面电位可以达到近万V;随后发生的介质材料放电可产生高强度的放电电流脉冲和电场脉冲,放电脉冲对试验电路造成较强的干扰。

屏蔽厚度对电路板充电防护仿真分析

卫星深层介质充放电是造成卫星异常的主要空间环境效应之一。本文基于地球同步轨道(GEO)为目标防护设计轨道,以NASA4002A上提出的GEO轨道最恶劣电子能谱作为环境输入参数,采用Geant4-RIC方法计算了不同屏蔽层厚度下,双面覆铜接地的厚度为2.0 mm的电路板介质的深层介质充电电场。计算结果表明,随着屏蔽层厚度的增加,介质内最大充电电场呈指数降低,当屏蔽层厚度大于1.4 mm等效Al时,充电电场小于106 V/m,没有深层介质放电风险。

航天器充放电效应与防护研究进展

目前,随着我国"神舟"载人航天计划、探月工程、空间站等航天重大任务的逐步推进,航天器在发射和轨道运行过程中的充放电效应已成为航天器的重要电磁危害源,而充放电效应及防护技术研究是关系航天器可靠性和安全性的重要问题之一,因此,该文从充放电效应对航天器的危害、航天器充放电机理、充放电效应防护技术等方面重点阐述研究进展,在综合分析航天器充放电效应及防护面临的新问题和新特点的基础上,对航天器充放电效应及防护研究的发展方向进行了展望。分析结果表明:航天器充放电效应与防护技术的研究热点集中在新环境、新技术、新平台、新要求及新载荷带来的航天器充放电新机理和新技术研究,而下一步重点研究工作主要有航天器充放电地面多源综合化模拟技术、充放电效应在轨监测技术、航天重大任务中充放电效应防护以及空间静电应用技术等,这些技术为提升航天器在轨安全性和可靠性提供了技术支撑。