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。     

LEO航天器高压太阳电池阵静电放电试验研究

低地球轨道(LEO)航天器高压太阳电池阵存在与等离子体相互作用发生静电放电(ESD)导致其失效的风险,需要确定产生一次放电和二次放电的电压阈值并采取相应的防护措施。文章模拟LEO等离子体环境,采用刚性基板三结砷化镓太阳电池试验件,试验研究了LEO条件下高压太阳电池阵在无防护与涂胶防护状态下发生一次放电和二次放电的电压阈值。在太阳电池组件同样并联间隙情况下,试验结果表明:无防护试验件发生一次放电的电压阈值为110 V,涂胶防护试验件发生一次放电的电压阈值为120 V;太阳电池电路通0.83 A电流,无防护试验件发生二次放电的电压阈值为150 V,涂胶防护试验件发生二次放电的电压阈值为160 V。因此,在设计高压太阳电池阵时,建议合理控制相邻太阳电池串之间的电压差和并联间隙,以及采用在相邻太阳电池串之间涂敷硅橡胶等措施,以有效控制太阳电池阵静电放电的发生。     

太阳电池片间隙区域充电电场的数值计算

高压太阳电池阵在空间带电粒子环境中易发生静电放电,特别是太阳电池片间隙区域存在着诱发二次放电的风险。文章建立了太阳电池片间隙区域充电模型,基于静电理论研究了计算太阳电池片间隙区域充电电场的算法。数值计算结果表明:太阳电池片间隙区域两侧,充电电场呈对称分布;玻璃盖片与基底之间存在明显的电位差,且玻璃盖片的电位高于其他部位。     

太阳电池阵寄生电容影响分析与对策

给出了目前常用太阳电池阵寄生电容的典型值;分析了太阳电池阵寄生电容瞬间放电所产生较大峰值电流对电源控制器分流电路的过流影响,以及使分流调节电路出现两级同时调整的过调制状态所造成的响应滞后影响,并分别提出了峰值抑制电路和相位超前电路设计作为解决措施。仿真结果表明：峰值抑制电路设计能将寄生电容的放电电流抑制在分流管设计范围内,相位超前电路设计可有效解决电路延迟和寄生电容充电延迟造成的两级分流电路同时处于调整状态的过调制问题。     

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。     

LEO航天器高压大功率太阳电池阵静电放电试验与分析

为了避免低地球轨道(LEO)航天器的高压大功率太阳电池阵与等离子体相互作用而发生静电放电(ESD)现象,导致太阳电池阵弧光放电引起太阳电池阵失效,须要确定高压大功率太阳电池阵产生一次放电和二次放电的电压阈值。文章模拟LEO真空等离子环境,采用刚性基板三结砷化镓太阳电池试件,试验研究了LEO条件下发生一次放电和二次放电的电压阈值。试验结果表明:试件发生一次放电的电压阈值为95V;在提高电池串间隙时,发生二次放电的电压阈值由120V提高到145V。分析一次放电和二次放电的产生原因可知:一次放电主要发生在三交结区;二次放电是由电子轰击产生的,2.0mm间隙可以有效提高二次放电电压阈值。此研究结果可为LEO高压大功率太阳电池阵的设计提供参考。     

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。     

高分三号卫星太阳电池阵设计与验证

通过分析高分三号(GF-3)卫星合成孔径雷达(SAR)载荷多模式的成像任务规划、大型展开式桁架构型设计、高低压双母线电源设计等特点,识别出LEO轨道静电放电对高压太阳电池阵设计的影响,卫星左侧视成像和右侧视成像下大型SAR天线遮挡及卫星8年长寿命期间电缆频繁扭转对传输性能的影响,提出了一种适用于复杂遮挡情况下高低压双母线电源系统的太阳电池阵设计思路,完成了太阳电池阵设计、遮挡仿真分析、静电放电试验、电缆扭转试验和在轨数据分析,验证了太阳电池阵设计的正确性,可以为中国后续大功率SAR卫星太阳电池阵设计提供参考。     

航天器姿控发动机真空羽流场计算及其扰动分析

航天器姿态控制发动机工作期间,产生的羽流扰动力矩会影响控制精度,对流和辐射产生的热效应会影响热控系统工作,羽流沉积物会影响光学敏感器的精度。文章以某航天器的20 N姿控发动机为例,首先采用工程的MOC方法计算其真空羽流场;然后利用建立的航天器羽流三维冲击模型分析了羽流对太阳电池阵的冲击载荷;最后对发动机羽流脉冲激励下太阳电池阵的响应和姿态控制系统受到的扰动力矩进行了仿真分析。结果表明姿控发动机羽流脉冲激励将对控制精度和稳定度产生不可忽视的影响。     

低地球轨道等离子体环境引起的高压太阳电池阵电弧放电现象的研究

把高压太阳电池阵放入低地球轨道中就会发生电弧放电,会造成航天器表面退化、电磁干扰、PN结破坏和其它负作用.文章先介绍了电弧放电的理论观点,包括Park和Hastings的假说以及Cho和Hastings的理论扩展,对放电起因、过程及研究现状进行了分析.然后给出几个典型的飞行实验及地面模拟实验的结果,证实了高压太阳电池阵在等离子体环境中电弧的产生,并发现偏置电压与高压太阳电池阵的放电率之间有密切的关系.文章最后介绍了在实验室研究过的6种减缓电弧放电的方法,并对其优缺点进行简单讨论.     

卫星外露电缆束介质结构深层充电仿真分析

受到空间高能带电粒子的作用,航天器蒙皮外侧电缆束的绝缘介质会产生深层充电效应。基于介质的电流连续性方程,并利用Geant4粒子输运模拟和辐射诱导电导率公式分析了介质深层充电的物理过程。在地球同步轨道(GEO)恶劣电子环境下,对外露电缆束介质结构深层充电进行三维仿真分析。结果表明:深层充电导致介质结构带20 V以内负电位,电位和电场强度峰值分别出现在电缆束外圈电缆介质层的外侧与内侧;对于导线介质层厚度为0.19 mm的情况,各介质层间是否紧密邻接和电缆束包含电缆根数多少对充电峰值结果影响不大;捆缚电缆的条状介质块是发生放电的危险区域,介质块厚度为0.8 mm时,充电电位在-103 V量级,电场强度可达到4×106 V·m-1,且电场强度与电位随介质块厚度增加而显著增大。     

An explanation of variable peculiarities in spectra of electrons and positrons of cosmic rays

It is shown that the excesses in the sum of fluxes (e ⁺ + e ^?) in cosmic rays in the energy range (10–1000) GeV and in the flux ratio e ⁺/(e ⁺ + e ^?) in the range > 10 GeV, observed both in recent and old experiments, can be explained by an accelerator of charged particles operating on the heliosphere periphery, in the region beyond the termination shock of the solar wind (～100 AU). Variations in the value and position of peculiarities in the spectra (e ⁺ + e ^?), as well as increasing ratio of fluxes e ⁺/(e ⁺ + e ^?), can be associated with variations of solar activity (and, as a consequence, of acceleration regimes) on different phases of the 11-years solar cycle. The results of numerical simulation of capture and acceleration of charged particles by packets of plasma waves in the heliospheric magnetic field are presented.     

Analytical solutions for the relative motion of spacecraft subject to Lorentz-force perturbations

A spacecraft capable of producing higher-than-natural electrostatic charges may achieve propellantless orbital maneuvering via the Lorentz-force interaction with a planetary magnetic field. Development of maneuver strategies for these propellantless vehicles is complicated by the fact that the perturbative Lorentz force acts along only a single line of action at any instant. Relative-motion dynamical models are developed that lead to approximate analytical solutions for the motion of charged spacecraft subject to the Lorentz force. These solutions indicate that the principal effects of the Lorentz force on a spacecraft in a circular orbit are to change the intrack position and to change the orbit plane. A rendezvous example is presented in which a spacecraft with a specific charge of ?3.81 $\times$ 10^?4 C/kg reaches a target vehicle initially 10 km away (on the same equatorial low-Earth orbit) in 1 day. Fly-around maneuvers may be achieved in low-Earth orbit with specific charges on the order of 0.001 C/kg.     

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。     

火星太阳电池翼除尘方法综述

“萤火一号”火星探测器即将发射升空,标志着我国火星探测计划实施的开始。然而,火星尘埃在范德华力和静电力的作用下积聚在太阳电池翼的表面,使其转换效率下降,影响火星探测器的寿命。因此,开展火星太阳电池翼除尘技术的研究是非常有意义的。文章主要介绍了火星太阳电池翼的除尘方法,特别是目前最受关注的电帘除尘方法,并对其基本结构、除尘原理、除尘效率和透光性做了详细的描述,对开展火星太阳电池翼除尘技术的研究具有一定的参考作用。     

第十届航天器带电技术会议（10th SCTC） 论文综述

第十届航天器带电技术会议于2007年6月18日至21日在在法国南部比亚里兹市举行。会议由法国国家空间研究中心（CNES）、法国国家航空航天研究局（ONERA）和欧洲航天局（ESA）共同举办。会议论文共涉及9个专题:飞行试验研究;模型和计算机仿真;太阳帆板和放电现象;太阳电池阵试验;与带电环境相互作用;电推进;等离子体相互作用;内带电;材料特性。文章对此次会议的论文进行了综述和评论,并对我国在相关领域的研究提出了建议。     

Changes of properties of the materials of spacecraft solar arrays under the action of atomic oxygen

A procedure is developed for physical and chemical modeling and investigation of the weight, geometrical, and thermo-optical characteristics of polymer paneling materials of solar arrays and of the electric power of solar cells under the prolonged action of supersonic fluxes of atomic oxygen in orbit. The behavior of changes in the material characteristics as a function of the integral fluence of atomic oxygen is found. It is established that the electric power of solar cells is virtually invariable within the errors of measurements under irradiation by atomic oxygen flux with a fluence of no higher than 5 · 10²¹ cm^?2.