影响卫星故障的空间天气分析

基于美国国家地球物理数据中心(NGDC) 2384例和中国19颗卫星的263例卫星故障信息, 结合1963-2012年小时平均的多种空间环境数据, 定量分析了三种卫星故障发生期间的空间要素特征, 探讨单粒子锁定(SEU)、表面充电致静电放电(ESD)和内部深层充电所致电子引起的电磁脉冲(ECEMP)与空间天气事件的可能联系, 得出以下主要结论. (1)大部分SEU和ECEMP发生于空间天气平静时, 但在其前后3日内地磁活动达到了磁暴水平, 相对来说比例最大的发生在Dst_min之后第3日 (48～72h). (2) ESD受地磁活动和高能电子通量影响明显. 与磁暴、相对论电子通量增强事件的季节性相对应, 两分点附近ESD和ECEMP的发生率高; 93.6% 的 ESD发生前后72h内地磁活动达到磁暴水平, 故障发生时间均匀分布在 Dst_min前0～48h 和后0～24h; 54.9%的ESD 发生时处于地磁暴期(Dst <-30nT), 以-50～-30nT的小磁暴水平居多; 40.6%的ESD发生于高能电子通量高水平期(≥ 103pfu, 1pfu =1cm-2·s-1·sr-1), 81.9%的ESD发生前后72h 内高能电子通量峰值≥ 103pfu, 发生率最高时段为电子通量峰值前 48～72h. (3)高能电子对中国同步轨道卫星的SEU影响明显, 42.5% 故障发生 时高能电子通量≥ 103pfu, 故障在峰值前48～72h和峰值后48～72h 的发生概率相当, 约为23.0%. (4)同步轨道卫星SEU受太阳质子事件的影响相对较大, 22.5%的中国同步轨道卫星故障发生前后72h内发生了太阳质子事件, 季节性不明显.      

卫星充/放电问题研究概况

一、概述一九七二年人们发现,在地球同步轨道上飞行的卫星表面具有很大的负电位。这种充电现象,以及伴随着的放电,可能是导致DSCS9431号卫星毁坏的原因。也是其他同步卫星发生严重故障的原因。此类故障也损     

英国研制成防止卫星带电的新型复合材料

最近,英国航空宇宙公司空间通信部研制了一种用于轨道卫星的新型复合材料,由于这种材料的应用,在卫星受到高能电子轰击时,不至于引起损伤或整个计划的失败。高能电子的轰击,可在卫星的外部隔热层表面产生高达二万伏的静电。而当电压达到隔热层的击穿电压时,就在材料中发生自然放电。这样,不仅放电处的隔热层要损坏,而且放电引起的强电磁脉冲还会在卫星的电子线路上产生伪信号。这些伪信号在未得到地面指令纠正之前,一直会干扰卫星的正常工作。而更为严重的情况是当卫星在     

卫星表面充电的地面模拟试验

同步轨道卫星的表面在运行中存可能被充电到数千至数万伏。卫星各表面之间的不等量带电,会造成界面之间或表面与卫星“地”之间的电弧放电,这将严重干扰、甚至破坏卫星的正常运行。本文着重述评了国外研究卫星表面充电的地面模拟试验设备及其运转情况。其中包括卫星表面充放电机理试验、卫星整体带电试验、表面材料试验、电磁干扰试验和电位控制试验五部分。给出了试验设备的示意图和试验有关数椐。     

红外地球敏感器地面静电放电模拟试验方法研究

 设计了红外地球敏感器的地面模拟卫星静电放电试验方法。对卫星的空间环境以及结构特点的分析结果表明,地球同步静止轨道卫星表面存在静电放电的可能性。通过静电放电试验找到了红外地球敏感器易受干扰的部位并提出了解决措施。     

卫星在轨故障案例与人工智能故障诊断

减少卫星在轨故障,使卫星按设计寿命要求在轨执行飞行任务是卫星设计的一个重要课题.为了分析在轨卫星故障的原因,探索最新的卫星故障诊断方法,首先收集了2003～2021年卫星典型在轨故障案例,然后对卫星故障从不同的维度进行统计分析和相关性分析,包括卫星平台与卫星故障的相关性、卫星在轨时长与卫星故障的相关性等,最后介绍了基于...     

非接触式静电放电波形分析及试验

静电放电(Electrostatic Discharge,ESD)作为一种常见的近场危害源,在其放电过程中可形成高电压和瞬时大电流,使得器件的安全性能大大下降,并影响半导体器件的电学特性。本文对火工品静电感度试验装置非接触放电时的等效电路模型进行分析,并根据等效电路进行仿真,研制试验装置,针对电容与电阻的不同组合进行放电试验,验证仿真结果以及电阻电容对静电放电的影响。     

基于时序建模的卫星故障检测方法

为解决当前卫星故障检测面临的依赖规则库、多元特征融合不足以及数据正负样本分布不均衡等问题,从卫星数据的时序特性出发,提出基于时序建模的卫星故障检测方法与半监督模型,实现卫星数据规律的有效挖掘与数据驱动的故障检测。考虑卫星数据间的时序关联,提出基于长短期记忆神经网络的卫星故障检测方法,并引入滑动窗口机制实现卫星数据的有效预测与故障检测。考虑卫星数据多元特征参数间的关联关系,引入时间卷积和自编码器神经网络,同时建模不同时刻、多元特征参数间的依赖关系,实现融合多元特征参数进行卫星故障的有效检测。以某型号卫星电源分系统为实验对象,仿真结果表明,所提算法和模型在关键指标方面优于BP神经网络等传统故障检测方法和模型。     

基于动态故障树的卫星可靠性分析

针对卫星系统的可靠性问题，提出了一种基于动态故障树的卫星可靠性分析方法。采用马尔可夫链和二元决策图相结合的分析方法，建立卫星的电源、姿轨控和推进3个分系统的动态故障树模型，在此基础上得到卫星的随机故障模型，并综合考虑损耗故障建立卫星可靠性模型。利用蒙特卡洛仿真对随机故障模型进行评估分析，并将其与Weibull分布模型进行性能比较，仿真结果表明该方法能够有效分析卫星的随机故障，具有计算精度高、效率高的优点，并能更有效地模拟卫星部件随机故障的动态行为。     

基于粗糙集理论的卫星故障诊断方法

卫星结构和控制的复杂性、独特性和诱发故障的多源性导致其故障诊断的困难．卫星的一种故障模式与许多症状变量有关,目前的故障诊断推理因未充分考虑症状变量的冗余变量而比较复杂．提出了基于粗糙集理论的故障症状约简新方法,用卫星故障实例研究了新方法的应用,结果表明该约简方法对消除卫星故障症状信息冗余、简化和优化故障诊断推理非常有效。     

Polar卫星在低高度时表面正高电位的统计研究

基于Polar卫星1996-2008年的表面电压数据，研究了卫星在低轨区域出现正高电位（异常事件）与太阳活动的关系及其发生位置的磁地方时（MLT）分布.研究表明:太阳辐射与异常事件发生次数呈正相关，太阳活动越活跃，异常事件出现次数越多，但不会影响航天器表面电位；异常事件发生占比呈现明显季节性变化，在太阳活动高年，冬季和夏季次数较多，春季和秋季次数较少，在太阳活动低年，每月次数均维持在较低水平，而一个月内异常事件次数没有明显规律；在分布上南北半球表现出相似性，异常事件均不会发生在地磁纬度50°-60°区域，极区和昏侧发生次数较多，而不同的是异常事件在南半球发生得更多更集中；虽然太阳活动与航天器在低高度时表面出现正高电位的次数呈正相关，但即使在太阳活动峰年，航天器异常事件发生率也不超过10%.      

静电放电枪校准装置的研制

介绍了自行研制的满足IEC61000-4-2标准要求的静电放电模拟器测试系统.在测试系统中使用了极高输入阻抗的高压电压表测量静电放电模拟器的静电高压,提高了静电高压测量准确性;在使用四通道高速取样示波器测量静电脉冲波形中,由于使用了脉冲延时输入与合成迭加的方法,提高了脉冲波形测量的取样率,使测得的脉冲波形更加真实,提高了脉冲波形参数测量的准确性.     

基于生成对抗网络的航天异常事件检测方法

航天环境复杂,技术难度大,风险高,安全可靠性要求苛刻。航天异常事件样本少,且难以获取,有针对性地开展异常事件检测（AED）很有必要。为预防航天事故,尽早发现可能导致故障的异常事件,深入研究了最新人工智能和生成对抗网络（GAN）技术,提出了一种基于生成对抗网络的航天异常事件检测方法。使用正生成对抗网络模拟生成正常事件样本,训练反生成对抗网络模拟生成异常事件样本,设计合理算法训练测试,计算输入事件与正生成对抗网络生成的模拟正常事件欧氏距离,以及输入事件与反生成对抗网络生成的模拟异常事件的欧氏距离差,实现对异常事件的精确检测。通过在美国国家标准与技术研究所数据库（MNIST）数据集全部使用正常数据训练,并对异常事件检测性能进行了试验验证,试验结果表明:在MNIST数据集下,精确率和召回率综合评价指标（F1）及精确率和召回率曲线下面积（PRC）等关键技术指标比变分自动编码器（VAE）方法相应指标性能至少分别提升了31%和11%。在真实环境下采集的模拟航天音频数据试验,异常事件检测性能良好,进一步证实了所提方法真实可用。      

考虑寄生参数的集成电路ESD损伤仿真方法

在传统的基于设计电路的ESD (Electro-Static Discharge)损伤仿真中,通常不考虑版图物理结构的影响,其仿真结果往往与实际损伤情况出现较大偏差,因此提出了一种考虑版图设计中寄生参数的集成电路ESD损伤的仿真方法.首先给出了仿真应用的具体分析流程.然后按照经验公式提取法明确了各种寄生参数的计算模型.最后,以集成运算放大器LM741为例,对其进行了ESD损伤模拟,再通过击打实验、失效定位与电性能测试,结果表明:仿真与实验结果具有较好的一致性,验证了该方法的有效性.      

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。     

接触电阻对ESD仪器车电性能测试的影响

对防静电系统中的接触电阻进行了分析,给出了接触电阻的理论模型,提出了减小接触电阻的具体措施。这些措施提高了防静电系统测试的准确度,对现场防静电设备ESD性能的测量具有重要的现实意义。     

2009年7月22日日全食期间电离层参量的变化

利用多个电离层垂测站的数据和IGS-TEC数据资料, 结合日地空间环境指数, 分析了2009年7月22日日全食期间中国地区电离层参量(反射回波最低频率fmin及f0F2和TEC)的变化特征. 结果表明, 日食发生后fmin迅速降低, 日食结束后fmin迅速恢复到正常水平; 在食甚时刻附近, f0F2和TEC出现明显的降低, 显示了明显的光食效应. 日食结束后5~6 h, f0F2和TEC出现不同程度的正扰动, 在驼峰区更明显; 日食结束后9~10 h, f0F2和TEC出现较显著的负扰动. 由于此次日食发生时伴随着中等强度的磁暴和低纬电场穿透等空间天气事件, 给此次日食电离层效应的深入分析带来很大困难.      

地球同步轨道长寿命卫星热控涂层太阳吸收率性能退化研究

文章介绍了15年地球同步轨道环境对卫星表面太阳吸收率性能影响的试验模拟研究,研究结果为长寿命卫星热设计及热控涂层选择和研制提供可靠依据;介绍自行研制的空间低能综合环境试验设备、太阳吸收率原位测试系统和空间低能综合环境模拟试验方法,并对航天器常用的S781白漆、SR107ZK白漆、F46镀银和OSR二次表面镜热控材料进行空间低能综合环境模拟试验,获得了这些热控涂层在地球同步轨道15年期间太阳吸收率性能退化模拟数据,与已有的飞行试验数据进行对比研究,取得满意的结果。