卫星介质深层充放电模拟实验装置研制进展

文章介绍了深层充放电研究的国内外现状及中科院空间中心在研的卫星深层充放电实验模拟装置进展情况。锶90/钇90β放射源和5～100 keV电子枪被设计到一个真空系统内,分别作为介质深层充电及介质电导率的测试手段。分别用β放射源和电子枪对介质样品进行了辐照试验,观察到了kV级的充电电位和放电现象。在辐照样品之前进行的辐照空靶的实验均未观测到放电信号。该装置可为我国发展长寿命、高可靠的新一代通信、气象等中高轨卫星提供深层放电防护设计的基础数据、理论和技术支撑。     

BM2表面充电试验设备研制

卫星表面充放电是危害地球同步轨道卫星的严重问题,BM2表面充电试验设备是用于地球同步轨道卫星表面样品和外露组件表面充电效应研究和试验的设备,设备由真空设备、电子枪、紫外辐照装置和测量仪器组成,它是国内尺寸最大性能最好的表面充电试验设备。本文详细介绍了设备的组成和主要技术性能。     

卫星表面放电效应模拟器研制

文章介绍了自行研制的卫星表面放电效应模拟器。根据模拟器基本原理和应实现的主要功能,提出了模拟器的技术指标和具体设计方案;研制了模拟器标定系统,并利用该标定系统对模拟器放电电压和放电电流脉冲特性进行了测试标定。结果表明所研制模拟器的放电特性符合卫星表面放电效应模拟试验的要求,可以用于表面放电效应评估。     

基于等效电路模型的介质材料二次电子发射系数研究

材料表面的二次电子发射过程是空间大功率微波射频器件微放电效应的触发与维持机制。微放电效应是限制空间大功率微波部件应用的关键问题之一。因此，对材料二次电子发射特性的研究与表征非常重要。为正确理解电子辐照下介质样品的充放电过程，文章提出一种基于等效电路模型的理论模型对二次电子发射特性进行表征。针对不同电导率样品进行仿真验证以证实该电路模型的有效性。仿真结果与理论分析结果相符。     

GEO卫星表面充放电引起卫星地电位瞬变及对二次电源干扰试验研究

GEO卫星带电环境和表面绝缘材料相互作用引起卫星表面充放电现象,导致卫星“地”电位的缓慢变化和瞬态变化,其中瞬态变化会造成电子系统特别是数字电路工作异常。文章介绍实验室相关模拟试验研究情况,包括试验原理、试验系统组成、试验参数、结果分析以及“地”电位瞬态变化对星上二次电源输出的影响,讨论了空间ESD干扰防护方法。     

卫星充放电效应对典型星载电子设备影响的实验研究

充放电效应是导致卫星在轨异常与故障的重要原因。除太阳电池阵二次放电外,充放电效应主要通过放电产生的电磁干扰造成设备异常和故障。文章选用典型的星载光学设备,实验模拟中高轨环境中电子作用在设备上产生的表面与深层充放电效应,获得了表面和深层充放电效应的基本特征,观测到放电导致设备工作异常的实验数据。实验结果不仅支持该典型星载光学设备的充放电效应防护设计,对于其他星载设备的充放电效应防护设计亦有一定借鉴意义。     

星用介质材料表面充放电效应试验研究

航天器表面介质材料易遭受表面充放电危害。利用30keV单能电子对几种不同的航天介质材料进行了表面充放电模拟试验,测量了不同电子通量辐照下的表面充电电位以及放电脉冲。试验结果表明,聚酰亚胺薄膜在接地处理不当时表面可充至千伏以上,易发生表面放电,且辐照强度越大,放电频率越高。表面镀铝的聚酰亚胺薄膜在不接地时,铝膜成为悬浮导体更加剧了放电的危害。而通过渗碳处理的聚酰亚胺薄膜,其良好的导电性能可有效抵御nA/cm~2量级电子的表面充电。聚四氟乙烯天线罩表面未进行防静电处理时,表面充电电位可达万伏量级,极易发生放电。     

北京卫星环境工程研究所金秋学术交流掠影(之一)——日本航天器表面带电专家Mengu Cho教授来所讲学

2007年9月10～13日,日本九州技术学院(KIT)航天器环境工程实验室主任、航天器表面带电专家Mengu Cho教授到北京卫星环境工程研究所讲学、交流。Mengu Cho教授1993年于美国获得航天器表面带电专业博士学位,并长期从事航天器的表面带电试验和理论研究,编写了ISO标准"卫星太阳帆板空间带电引起的静电放电试验",在卫星高压太阳电池阵表面充放电效应评估、验证技术方面有深厚理论基础和丰富经验。     

真空出气对星用聚酰亚胺材料电导率的影响

卫星介质材料在真空环境下的出气有可能对材料本身的介电性能产生显著影响,增加长期服役卫星寿命末期的充放电风险。文章以卫星上常用的聚酰亚胺材料为对象,通过地面90Sr-90Y辐照源加速辐照试验研究了在材料真空出气后其表面充电平衡负电位的变化,并据此计算出材料电导率的变化规律。结果显示,在5 pA/cm2电子辐照强度下,聚酰亚胺样品的电导率随着出气量的增加而明显下降,在总质量损失达到0.5%时,电导率减小一半左右。初步分析了出气导致电导率下降的物理机制。研究结果对卫星寿命末期充放电防护设计有指导意义。     

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。     

航天用35Ah氢镍电池组性能

简要介绍了电池组的构成以及电池组空间力学环境测试条件和模拟GEO试验制度。在电池组性能方面 ,比较了第 1阴影期中间和第 36阴影期中间 79%DOD的放电特点 ,概要介绍了充放电温度特性 ,容量与氢压的变化关系 ;特别在寿命特性方面 ,着重阐述了电池组在模拟GEO ,79%DOD下 40个阴影期间最大放电深度时终止电压变化特性 ,电池组容量变化以及第 3阴影期和第 36阴影期放电终止电压变化情况。还列出了电池组的主要技术性能指标。     

航天器典型悬浮导体结构深层放电 现象的模拟试验研究

空间辐射环境中,由高能电子所引起的深层充放电现象是威胁航天器安全的重要因素之一。文章采用90Sr放射源模拟GEO电子环境,试验观测了电子辐照下几种含有悬浮导体的典型卫星模拟部件结构的深层充放电现象,比较了真空度、束流密度与温度对放电现象的影响。试验结果表明,深层放电现象的产生与部件结构密切相关,在一定环境条件下含有悬浮导体的结构即可产生放电现象。因此,航天器深层放电防护除了选择合适的介质材料外,要尽可能地避免悬浮导体的存在,同时还必须考虑真空度和温度的影响。     

GEO卫星表面充电相对电位的工程分析

地球静止轨道(GEO)卫星在轨运行期间,沉浸于具有一定能量和密度的空间等离子体之中,等离子体与卫星表面材料相互作用,将使卫星出现"表面充/放电效应",进而对星上电子系统产生影响,甚至发生电路故障,直接威胁整星安全。为防止GEO卫星在轨期间因等离子体造成的表面充放电导致卫星异常和故障,在GEO卫星的设计中,必须进行卫星表面电位分析、控制和试验验证等工作。文章根据卫星表面材料的基本参数和接地状态,采用工程分析方法对卫星表面充电电位进行分析,满足卫星工程设计急需。     

地球同步轨道高压太阳电池阵充放电效应研究

地球同步轨道(GEO)高压太阳电池阵表面静电放电(ESD)引起二次放电可能导致太阳电池阵永久性短路损坏。文章主要针对GEO高压太阳电池阵充放电效应问题,重点分析了高压太阳电池阵表面ESD和二次放电产生的物理过程,并利用负高压偏置方法开展了GEO高压太阳电池阵表面ESD和二次放电地面模拟试验。试验验证了反转电位梯度电场是导致GEO高压太阳电池阵表面产生ESD的触发因素之一,同时得到了GaAs高压太阳电池阵样品表面产生ESD和二次放电的电压阈值。     

一种新型的充放电及分流一体化空间电源控制技术

为满足卫星轻量化需求,本文对一体化的空间电源调节技术进行了研究。采用一种新型的集蓄电池充放电与并联分流一体化功率拓扑结构和功率调节控制策略,可实现使用单一电路完成太阳阵分流、电池充电控制、电池放电调节三种功能。介绍了新型拓扑的工作模式、功率调节控制策略及其实现方法,通过Pspice软件进行了电路建模与原理仿真,结果证明此方法有效。     

电容放电式火工品点火电路参数设计与仿真

文章介绍了火工品电容放电式点火电路,阐述了电容充放电原理和充放电电路的参数计算方法;仿真分析了充电电压和储能电容等参数对点火电路放电性能的影响。通过仿真分析得出,合理选择储能电容和充电电压能够获得较好的点火性能。     

低轨道高压太阳电池阵充放电效应试验

针对我国空间站采用的高压太阳电池,开展低轨道等离子体环境下高压太阳阵样品充放电效应试验,在实验室复现了高压太阳电池阵静电放电和二次放电现象。结果表明,高压太阳电池偏置电压为-70 V时开始出现静电放电,且静电放电次数随着偏置电压的减小而增大,并在高密度的等离子体环境下更容易发生静电放电。当偏置电压为-100 V,串间电压为80 V时观测到了二次放电。     

高压太阳电池阵静电放电产生脉冲信号的特性研究

研究高压太阳电池阵静电放电产生脉冲信号的特性,有助于深入了解太阳电池阵充放电形成机制。在试验中,利用电子枪模拟GEO空间带电环境,辐照太阳电池样品表面。利用电流探头CT-2、单极子天线和数字存储示波器测量静电放电所产生的脉冲电流、辐射电场并记录其波形。试验结果表明:太阳电池在静电放电过程中产生了脉冲宽度为几μs的瞬态电流,其峰值幅度为几A;辐射电场的脉冲信号持续时间几百ns至几个μs,其峰值幅度达数百V/m。脉冲信号的时域特征表现为脉冲群,其波形具有陡峭的前沿,能量分布的频率范围主要集中在0.1~50 MHz之间。最后根据上述研究对在轨静电放电测试仪的设计提出建议。     

卫星真空烘烤试验方案及验证

为降低非金属材料在试验中大量出气及产生的分子污染,文章从非金属材料挥发和凝结特性、国内外卫星真空烘烤试验的实施现状等方面进行分析,提出了卫星热真空试验前进行真空烘烤试验的方案,方案中给出了试验剖面、试验温度、试验时间以及试验压力等参数要求。在某卫星上的试验验证结果表明,该方案合理可行,有效改善了星内真空度,降低了星内污染。完成真空烘烤后的卫星在热真空试验中未发生射频组件低气压放电现象,说明真空烘烤试验能够有效防止对真空度和分子污染敏感的设备在试验中可能产生的故障。     

LEO等离子体环境中HVSA的电弧放电研究

把高压太阳电池阵放入低地球轨道中就会发生电弧放电,造成航天器表面退化、电磁干扰、PN结破坏和其它负作用.文章在阐述电弧放电机理的基础上,介绍了在试验室模拟等离子体环境中进行的两次放电试验.其中一个试验使用的是太阳电池阵物理等效模拟试件,另一个则是真实的太阳电池阵样品.试验得出了两种样品在等离子体环境中的放电位置、放电阈值电压,并发现环境与太阳电池电压及放电率等相关参数的关系.比较两个试验可以看出,在相似的环境下,模拟试件的放电阈值比较大.文章最后对试验现象的发生原因进行了初步的分析.研究LEO等离子体环境与HVSA之间的相互作用,并采取相应的防护措施,是大型空间活动必须解决的关键技术之一.