材料次级电子发射特性对表面充电影响的数值计算研究

表面充电是最早被人们发现的空间环境效应, 是由空间环境引起的航天器异常和故障的主要诱因之一. 采用较精确的金属二次电子发射公式和局部电流平衡模型, 在无光照的情况下, 对不同表面材料及不同几何形体的航天器表面充电电位进行计算, 并绘制了表面材料的充电电位与最大二次电子发射系数之间的关系曲线. 根据数值计算结果及次级电子发射系数和曲线图得知, 航天器阴面充电电位与表面材料的原子序数、最大二次电子发射系数和入射离子引起的次级发射系数均有关. 该计算对航天器表面材料的选取和设计工艺有一定的参考价值.      

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.      

航天器表面充电模型研究:Ⅱ—航天器表面电势模型和计算

处于空间电环境条件下的航天器表面会出现电荷积累,形成高的电势值。已提出不少模型和计算方法以求评估航天器的电势绝对值。对此本文作了较详细的介绍和讨论。     

航天器材料KAPTON和F4.6薄膜充电性能研究

Kapton和F4.6是两种航天器上最常用的重要热控材料,但它们都是高绝缘的有机高分子聚合物,故在充分利用它们的优良物化性质时,不能不关心它们在空间亚暴环境下表面充电的性能。为此本文在简述了新增环境温度变化的条件后,详细讨论了这两种材料在模拟空间真空、空间亚暴时电子辐照、太阳辐照及其所处环境温度变化时,它们表面电阻率随环境变化响应规律,并由此预测其充电的状态。     

基于神经网络及深层充电的电子通量反演模型

为了实现对空间高能电子通量的估计及航天器深层充放电的风险评估,基于深层充电和空间电子环境的关联性,利用人工神经网络（ANN）建立了一种由深层充电反演空间高能电子环境的模型。以深层充电探测电流密度及电子能量作为模型输入,电子通量作为模型输出,使用AE9模型对神经网络进行训练,将神经网络的MSE降低到了0.04122,并使用Giove A卫星的深层充电探测数据及GOES卫星的电子通量探测数据验证了模型反演电子环境的准确性。同时对由探测电流计算航天器典型介质材料最大内电场的神经网络模型进行了研究,以实现对航天器内充电风险实时评估。     

航天器表面充电状态被动控制用的导电膜

本文说明了航天器表面充电状态被动控制的概念及其优点。用反应磁控溅射技术制备了适用于充电状态被动控制的氧化铟/锡膜、氧化铟膜及氧化锡膜。给出了这些膜的透过率、发射率、表面电阻率。在模拟空间(含亚暴)的环境条件下,对这些膜的充电特性作了评估。实验和测试表明这些薄膜性能完全符合NASA提出的规范要求。     

航天器充电现象的主动控制

<正> 一、引言十年来,同步轨道卫星的带电现象引起了空间科学研究和工程设计部门的严重关切。现从航天器在轨道上测得的飞行数据看,在磁层亚暴环境中,特别是又恰逢航天器星食期间,航天器表面的静电充电会高达上万伏。伴随着高充电而来的是航天器表面的电压击穿、电弧放电、材料的老化和损坏以及严重的电磁脉冲干扰等等。无疑,这些现象将导致对航天器的能源、指令和控制系统的严重干扰和损伤,以及对航天器结构材料的破坏,从而危及航天器     

基于BP神经网络的GEO等离子体环境参数反演分析

空间等离子体环境诱发的表面充电效应会对航天器运行产生干扰，严重时将导致太阳电池等部件失效。通过神经网络反演方法，以GEO环境中介质表面充电电位曲线作为输入，在双峰麦克斯韦分布假设下，可以逆向得到高能峰的等离子体参数。分析了GEO等离子体环境参数对表面充电电位曲线的影响，表明高能峰在充电过程中起决定性作用；其次通过MATLAB搭建BP神经网络，采用COMSOL计算得到多组充电曲线进行网络训练和反演计算，得到等离子体密度反演的平均相对误差为0.42%，温度反演的平均相对误差为0.03%，整体误差在0.1%～5.6%。结果表明，采用神经网络对等离子体环境进行反演具有可行性，该方法可以作为空间等离子体环境探测结果的对比参考和航天器非探测点表面电位计算的输入条件。     

卫星介质深层充电的两类计算模型对比分析

计算模拟是评估航天器介质深层充电危害的重要研究方法之一. 通过粒子输运 模拟, 可以得到特定空间辐射环境下介质中的电荷沉积分布, 进而根据电位/电 场计算模型, 得到深层充电结果. 前期研究多是围绕RIC (辐射诱导电导率)模 型及其改进模型展开的, 而目前通常采用基于电流守恒定律的简单计算模型. 为了研究二者关系, 给出其各自求解方法, 并采用已发表数据对计算结果进行 验证; 从理论上阐述了后者是RIC模型的进一步简化, 只要二者考虑相同的介 质电导率, 则对应计算结果就是一致的; 结合GEO恶劣电子辐射环境下平板介 质模型在三类边界条件下的充电情况, 进行了充分的仿真验证. 相关结论为介 质深层充电效应评估提供了有益参考.      

航天器两种常用涂层的电导性能实验研究

航天器表面在轨道运行中会出现电荷积累现象,尤其高轨道航天器这种现象更为严重。改善航天器表面的导电能力是解决这一问题的有效途径之一。据此,本文对两种常用的航天器表面涂层在模拟空间亚暴环境下电导性能的变化及其规律作了实验研究。     

卫星天线抗静电技术研究的进展

论述了卫星天线的主要电环境：地球同步轨道和低高度极轨空间环境;卫星天线表面充电的危害性; 抗静电膜的发展水平。已研制出了导电膜＋ Ｋａｐｔｏｎ（聚酰亚胺） ＋ 温控漆的复合结构抗静电膜和加有氧化锡的可溶性高聚物涂层。通过环境效应试验、抗静电膜对天线电性能影响的试验和模拟极光充电环境下的充放电评估实验, 证明抗静电膜符合天线性能要求, 并可以有效控制天线表面的充电电位     

Kevlar BF—2及GD414材料充电性能研究

Kevlar作为最新型的航天结构材料,BF-2作为太阳电池盖片玻璃,GD414作为航天器材料粘接剂,都是空间技术必不可少的重要而基本的材料。因而它们在空间电环境条件中的表面电荷积累性质受到极大注意。该文就此三种材料在综合模拟空间环境条件下,进行了材料表面电导和环境诱发电导的实验研究,并给出了实验结果的分析。     

太阳风中航天器带电与尾迹效应的模拟

航天器充电和尾迹效应会对周围等离子体造成扰动,影响测量装置结果的准确性.利用SPIS （Spacecraft Plasma Interaction Software）分别模拟了航天器与太阳风的相互作用,考察了光电效应以及航天器尺度对表面充电情况和尾迹效应的影响.结果表明:太阳风环境下,等离子体密度稀薄,电子电流比光电子电流小得多,航天器表面为正电势,航天器后部有清晰的尾迹结构,尾迹带负电;光电效应可改变尾迹结构,与无光电效应相比,光电效应使得航天器尾迹尺度变大;由于太阳风定向运动动能大于航天器表面势能,航天器的尾迹结构与其几何尺寸有关,航天器尺寸越大,尾迹尺度越大.      

航天器表面材料充电性能研究—关于RTV-Ⅱ和13-17涂层的评价

本文报道了RTV-Ⅱ黑漆和13-17白色涂层二种航天器温控材料的电导在综合空间环境条件下的实验结果。实验表明RTV-Ⅱ涂层材料的电导从1984年到1986年,几乎每年下降一个量级,因而充电状态明显改变。13-17涂层材料的电导对空间真空环境响应不明显,但对电子辐照和光辐照响应显著,尤其对光辐照存在强烈的记忆效应。预测该涂层在轨道上由光照区进入星蚀区也不会出现明显充电现象。     

尾迹和地磁效应对航天器表面充电影响的研究

研究迷效应和地磁场效应对中低轨道航天器表充电的影响,根据航天器表充电机制,采用薄鞘模型,根据电流收庥和轨道反演方法进行了数值模拟,给出航天器表面为导体和非导体的平衡电位,并进行了分析研究,数据结果观测和理论分析相符。     

CRRES卫星内部充电的模拟计算与验证

基于Geant 4软件建立一种用于计算航天器内部充电所产生电场的方法.分析载有IDM仪器的CRRES卫星当时所处的空间电子环境,使用该方法进行内部充电模拟,并将模拟结果与IDM仪器所测得的放电脉冲数据进行对比,不仅验证了该方法的有效性,更重要的是深入认识了引起航天器内部充电的空间环境特征以及材料特性对充放电效应的影响.介质内最大电场的模拟计算结果与CRRES卫星实际观测到的放电现象吻合;在材料的各项参数中,与辐射感应电导率有关的kp系数对稳态电场有很大影响,为了定量研究内部充电效应,需要在实验室精确地测定kp系数;材料的暗电导率、密度以及材料的分子构成等也与内部充电效应有关,对这些参数细致地研究有助于对内部充电效应的认识.      

采用局部电流平衡模型计算同步轨道航天飞行器上界负电位

本文采用局部电流平衡模型,在无光照条件下,对不同表面材料、不同几何形体的航天器充电情况进行了计算.计算得到的最大负电位代表在同步轨道上飞行的航天器充电时可能达到的最坏情况.计算还得到某些航天材料可能出现多重带电的现象.      

星用两种表面涂料电导性能评价

本文简略讨论了两种星用表面涂料956灰漆和绿漆的制备工艺;实验研究了这两种涂层室温下在模拟空间真空、电子辐照和太阳辐照环境中其电导性质随空间环境的变化。由此可以预测它们在空间轨道上运行时表面的充电状态及应用于高轨道的可能性。     

航天器介质材料深层充放电实验与数值模拟

空间辐射环境中高能电子诱发的介质材料深层充放电效应是威胁航天器安全的重要因素之一. 本文采用不同束流强度的电子枪电子, 研究了不同厚度的聚酰亚胺薄膜的深层充电过程; 利用Sr90放射源电子模拟GEO轨道高能电子环境, 研究了在其辐照下聚甲醛树脂和聚四氟乙烯材料的表面电位变化; 实验观测了深层放电产生的电流脉冲和电场脉冲. 提出了深层充电模型, 较好地模拟了实验测量结果, 并且分析了深层充电平衡电位和平衡时间随电子束流强度和介质电阻率的变化规律. 实验和数值模拟结果初步揭示了深层充放电效应的特征及规律, 表明深层充电现象随着电子束流强度和介质电阻率的增加而趋于明显, 介质电阻率是影响深层充电平衡电位和平衡时间的主要因素.      

航天器表面污染物质沉积变化和控制因子评估

航天器进入空间环境以后,空间环境分子污染和颗粒污染形成了航天器表面污染层,从而对航天器的各技术分系统产生不同的负面影响.介绍了中外中轨道航天器表面污染物质沉积变化在轨探测结果,并对污染物质沉积量变化和控制因子做初步评估.结果表明,污染物质沉积量在航天器入轨初期的1~2年内受航天器自身出气物质量、放气速率、表面温度及所处的气流方向等因子所控制.初期沉积量大,正是受到航天器入轨后自身出气量大、放气速率较高的控制,同时迎风面比背风面沉积量大.入轨后期表面沉积量长期变化呈现出明显的降变或缓慢涨落,而且具有全向性特征,因此探讨了具有全向性影响能力的控制因子相关特性,其中高能粒子通量和太阳紫外辐射通量变化可能是主要控制因子.