表面带电对航天员出舱活动的影响及对策分析

根据我国某载人航天器在轨飞行时的空间环境和航天器表面带电的机理,对航天器表面带电进行了仿真,并对结构切割地磁场的感应电势进行计算。在此基础上,分析了表面带电对航天员出舱的影响,以及出舱安全性防护措施,计算出主动电位控制系统最大发射电流。研究结果可为航天员出舱安全防护提供参考。     

我国航天器带电技术研究进展

航天器与空间带电粒子环境相互作用引起的带电现象是其在轨发生故障和异常的重要因素。近年来,随着航天器性能的提升和技术发展,航天器带电技术研究的范围也大大扩展。文章简要回顾了我国航天器带电技术发展的历史,并从理论研究、地面模拟试验、数值模拟和带电防护等方面介绍国内航天器带电技术研究的进展。     

航天器的表面带电及其防带电设计

本文概要叙述了航天器表面带电对航天器系统的危害并提出在航天器设计和制造期间所必须考虑的相关问题。随后介绍了国外有关航天器表面带电问题的技术文档,其中包括用于评价和控制航天器带电影响的设计指南、航天器带电试验技术标准及航天器带电手册。最后简要介绍了这些技术文档在减少航天器带电危害中的作用及使用方法。     

空间等离子体环境中的高能带电粒子加速机制

空间环境中充满能量从几十keV到几MeV的高能带电粒子,这些粒子可导致在轨航天器表面和内部带电甚至单粒子效应,从而引发航天器故障。高能粒子的产生和日地空间环境中的爆发现象如耀斑、磁层亚暴等密切相关。文章综述了与这些爆发现象相关的磁重联、激波和等离子体波动等加速带电粒子的物理过程。     

带电粒子在材料中的剂量深度分布计算

航天器在轨道运行期间,会受到各种带电粒子的作用,其能量沉积在表面材料中,对表面材料的性能有较大的损伤。文章介绍了剂量深度计算程序,利用SRIM及ITS软件的计算结果,计算出了带电粒子在材料中的剂量深度分布,并对空间轨道实际环境下材料中的剂量深度分布进行了计算。利用这一程序,在“东四”热控涂层试验中进行了剂量深度分布拟合,计算了多种能量电子拟合试验下荆量深度分布与空间实际环境的比较,得出了相关的试验参数。     

空间电子辐照介质材料带电效应研究进展

针对空间电子辐照对介质材料所产生的带电效应对在轨航天器的服役性能带来了巨大威胁，为深入理解和探究空间电子辐照带电效应的特性和规律，重点介绍了在电子辐照环境下，介质材料的表面电位特性、材料的总带电电荷量以及电子辐照介质内部的实时电荷分布以及动态演变特性，并进一步阐述了带电状态对二次电子发射的反馈动态影响研究。此外，概括了近年来国内外对电子辐照带电的理论数值模拟方法及发展情况。     

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。     

影响GEO卫星长寿命高可靠的空间环境因素及其评估、验证和保障技术研究

文章叙述了空间环境与卫星长寿命高可靠的关系,着重分析了影响GEO卫星长寿命高可靠的各种空间环境效应,如:地磁亚暴电子造成的卫星表面带电及诱导的二次放电、辐射带高能电子引起卫星内带电、太阳耀斑质子和银河宇宙射线造成的单粒子效应、空间带电粒子和太阳电磁辐照造成的辐照总剂量效应以及空间环境下敏感表面的污染效应等.文章最后给出GEO卫星空间环境效应的评估、验证和保障技术研究的必要性及其主要研究方向.     

空间次生环境研究及探测方法概述

文章基于空间次生环境及其效应定义,分别结合不同次生环境阐述了国内外在磁场作用下带电粒子对航天器的影响、航天器非金属材料出气的影响、航天器与空间等离子体相互作用影响、航天器发动机羽流效应和航天器舱内电子环境及效应等的研究状况,并有针对性地开展了典型的发动机羽流效应、放电监测系统和航天器自身磁场分布探测研究。     

航天器防护高能带电粒子的新方法

文章介绍了航天器防护高能带电粒子的一种新方法——利用磁鞘进行主动防护。阐述了磁鞘防护高能带电粒子的基本原理,分析了其在工程应用上的可行性,并提出了磁鞘的一种设计方案。针对这种设计方案进行了数值分析计算,结果表明该方案可以有效防护0.15MeV以下的电子。     

LEO太阳电池一次放电模型研究

空间等离子体作用下,太阳电池一次放电是诱发二次放电的主要原因。目前缺乏适合工程应用的一次放电快速评估模型。文章借鉴辉光放电理论,针对太阳电池三联点结构提出一次放电一维简化模型,用于评估太阳电池设计对放电脉冲强弱的影响。模型计算结果表明,增加玻璃盖片厚度和电池串联间隙有助于提高一次放电起始电压,一次放电频率随着太阳电池偏压和表面二次电子发射系数增加而增大,放电电流随着太阳电池偏压和电池阵电容增加而增强。该模型计算结果与试验测试结果基本一致,且比其他模型计算过程简单,可以为太阳电池设计中一次放电现象快速评估提供参考。     

二次电子发射研究进展及其空间应用

由二次电子发射引发的微放电效应是严重影响星载微波部件性能和安全的瓶颈问题之一。针对星载微波部件微放电的研究及应用需求,对国内外二次电子发射的研究进展进行了系统梳理,介绍了二次电子发射模型、仿真分析方法、测试装置及实验研究,以及在微波射频器件及航天器充放电方面的应用研究,总结了主要的研究结论。在此基础上提出了发展建议,以期对国内的二次电子发射及微放电研究的推进提供参考。     

航天器浮动电位的初步分析

为了研究表面充电引起的浮动电位情况,我们采用等效电容的方法分析了近赤道低轨道高度条件下航天器的等效电容及充电时间问题,初步总结了浮动电位对航天器可能产生的影响。根据计算结果可以认为在低轨道等离子体环境中航天器会达到浮动电位的平衡状态。
     

航天器环境工程研究与展望

文章对航天器环境工程的发展进行了科学的探讨。文章指出：开展高可靠、长寿命航天器环境试验评价及防护技术研究,是航天器环境工程的长期重点发展方向;开展月球探测器特殊环境效应与模拟试验技术的研究,是探月工程的需求;航天器环境效应综合预示系统及航天器虚拟总装工艺技术,是未来发展的趋势;而建立空间环境天地一体化应用系统和建立空间环境试验与总装生产体系,是未来发展的模式。     

二次电子发射对稳态等离子体推进器加速通道鞘层的影响

稳态等离子体推进器(Stationary Plasma Thruster,SPT)工作时产生的高密度等离子体遇到其加速通道陶瓷器壁时,在陶瓷器壁与等离子体之间形成鞘层。离子会在鞘层电场作用下到达SPT加速通道器壁表面进而复合,而等离子体中的电子由于具有高能可跃过鞘层电场轰击器壁表面,从而产生二次电子发射效应。从器壁表面发射出的二次电子由于受到鞘层电场的排斥,导致其向等离子体源区移动,进而影响等离子体鞘层的特性。建立了考虑二次电子发射效应的无碰撞等离子体鞘层的一维流体模型,研究了二次电子发射对SPT加速通道鞘层特性的影响。计算结果显示,随二次电子发射系数增加,鞘层电势、离子密度、电子密度和二次电子密度增加,而离子速度降低,鞘层中离子密度始终大于电子密度。鞘层中二次电子绝大多数集中在器壁附近,随二次电子穿越鞘层厚度的增加,二次电子密度快速下降。     

空间环境对航天器影响的统计分析

概括介绍了空间环境的九个主要区域,归纳了它们对航天器各系统的影响。对114例各类环境造成的航天器失效和异常进行了统计分析,在此基础上对引起航天器失效、异常较多的四类空间环境进行了具体分析。     

Mechanisms of generation and dynamics of HF and LF emissions in the experiments with electron beams injected into the earth’s ionosphere

Mechanisms of generation and dynamics of HF and LF emissions related to an electron beam injection from a spacecraft into the ionosphere are studied. The choice of the source and region of emission is substantiated. The plasma current neutralizing the spacecraft charge and the region of spatial charge in the vicinity of the spacecraft are chosen. Mechanisms of the generation of HF and LF emissions are proposed and their characteristics are determined. For the considered ranges of emission, the explanation of the facts related to the difficulties in interpretation of the amplitude value observed experimentally and the behavior of its envelope are presented. It is shown that the results obtained in this work agree well with the data of the conducted experiments.     

浅析航天器的污染及其控制

在校准真空规时发现,即使采用无油真空抽气系统,来自航天器和空间环境模拟试验设备的污染依然严峻.文章分析了污染源和污染对航天器的影响,建议尽快制定污染控制标准和研制相应设备.     

原子氧环境效应的地面模拟技术

系统论述了原子氧和航天器表面常用聚合物材料反应的微观机理,并从宏观角度对这些材料的性能进行了评估。同时也总结了国外在原子氧防护技术研究方面所取得的最新成果。     

原子氧与飞行器表面撞击的束流强度和能量

原子氧是低地球轨道飞行器经受的重要环境因素。作用到不同姿态表面的原子氧的束流强度和能量不同。文章采用热力学统计物理方法,考虑了飞行器的运动和原子氧的热运动速度,建立了原子氧与飞行器表面作用的模型;对不同攻角的原子氧束流强度和作用能量进行了分析、计算;并与美国长期空间暴露试验装置实测的结果进行了比较;分析了产生差异的原因。