大型空间碎片机械冲击消旋位姿计算方法研究

研究了机械冲击消旋的作用机理,针对大型空间碎片的消旋问题,提出了机械冲击消旋位姿的计算方法。在空间碎片运动状态已知的情况下,基于矢量合成方法在空间碎片表面上搜寻合适的冲击位置。建立空间碎片机械冲击主动消旋的运动学模型,计算空间碎片不同位姿状态的冲击位姿,并分析冲击后的角动量变化规律。结果表明,在冲击点满足形成力偶矩的条件下,多点机械冲击可有效减小空间碎片的角动量。研究成果对于发展机械冲击主动消旋方法,提高大型空间碎片捕获效率具有重要意义。     

高能电子辐照对航天器介质材料介电性能的影响

文章选取了航天器上两种常用介质材料--fr-4环氧电路板和聚四氟乙烯为对象,研究了高能电子辐照对两种材料介电性能的影响和变化规律.结果显示,在高能电子辐照后,fr-4环氧电路板的固有电导率和介电常数εr降低,介电损耗tanδ略有上升;而聚四氟乙烯的固有电导率和介电常数εr上升,介电损耗tanδ下降.在此基础上,进一步分析了材料介电性能受高能电子辐照影响的物理机制.     

卫星静电放电传导干扰耦合的试验研究

通过进行卫星电子系统空间静电放电(ESD)传导干扰的地面评价试验,可以直观地了解卫星结构及电缆中ESD传导干扰的耦合规律,对于静电放电传导干扰的防护设计具有指导意义.针对空间平板介质型天线系统的ESD传导干扰,设计了两种ESD传导干扰试验方法及其试验装置,进行了单点电流脉冲注入法和容性电流耦合注入法ESD传导干扰耦合评价试验,试验结果表明,利用上述方法进行空间电子系统的ESD传导干扰评价试验是有效的,其试验结果对于航天器防静电设计具有重要实用价值.     

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。     

射频磁控溅射法制备聚氟薄膜及其性能研究

研究了卫星相控阵雷达天线系统的TR组件表面聚氟材料薄膜的制备工艺,采用射频磁控溅射法成功地在TR组件表面制备了聚氟薄膜,并对所制备的薄膜进行了电子二次倍增效应阈值试验.结果表明,聚氟薄膜不但具有良好的绝缘性能,且其二次电子发射也较低,提高了电子二次倍增效应阈值.对薄膜组分与形貌进行了X射线光电子能谱(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)分析表征,薄膜较好的保持了聚氟材料的特性,其均匀性和致密性均达到了实际应用要求.     

行星际空间质子引起介质深层充电的GEANT4模拟研究

高通量的空间质子是导致行星际航天器深层充电的主要原因,基于辐射诱导电导率模型(RIC)和粒子输运模拟工具GEANT4对介质材料在质子辐照条件下的深层充电问题进行了预估.利用GEANT4-RIC充电计算方法,首先计算出10MeV质子在Kapton和Teflon中的注量和剂量沉积曲线,进而根据电流连续性方程、泊松方程和电荷俘获方程组成的辐射诱导电导率模型(RIC)求解出介质内电荷和电场分布,与介质击穿电场阈值对比作为其是否发生放电的依据.模拟结果证实了对10MeV质子,在质子注量为3×10~(12)/cm~2时Kapton会发生放电,而Teflon则不会发生放电的一般性试验结论.验证了GEANT4-RIC方法用于行星际航天器介质材料质子充放电评价的可行性,为此类问题的解决奠定了基础.     

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。     

太阳帆板驱动机构内带电效应试验

太阳帆板驱动机构（Solar Array Drive Assembly，SADA）是长寿命、大功率航天器能源系统的关键部件.在空间高能电子环境下，SADA内部会发生静电放电甚至诱发二次放电，导致航天器丧失能源.利用双束加速器建立试验平台，对SADA进行内带电效应试验.试验中高能电子束的电子能量为2MeV，束流密度为5pA·cm-2，模拟SADA工作电压为50~150V，工作电流为0.5~1.5A.试验样品充电电位在辐照5h后达到平衡，形成的电场约为5×106V·m-1.相同工作电流下的放电次数随工作电压增大而明显增加，说明工作电压形成的电场与高能电子沉积形成的电场叠加会增加SADA发生放电的风险.依据试验结果，提出SADA抗内带电设计方案:一是降低SADA介质盘的体电阻率；二是改进导电环结构体的结构设计，降低导电环间电压在介质盘上形成的电场.      

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。     

大型低轨道载人航天器电位主动控制

采用高电压太阳电池阵供电系统的低轨道(LEO)大型航天器会收集周围空间环境电子电流,使其被充电到较高的负电位,从而对航天器交会对接和航天员出舱产生严重的危害,因此对这种航天器表面电位进行主动控制可有效降低航天器运行风险和保障航天员安全。采用地面模拟试验的方法,利用空心阴极等离子体接触器发射电子的手段,模拟太空环境下对带负电航天器表面电位进行有效控制。研究结果表明,最小工质流率大于4.0sccm时空心阴极发射的电子电流可以抵消航天器吸收的电子电流,实现航天器电位的自适应控制,将航天器表面电位钳制在20V之内;且随着氙气流率的增加,钳位电压会更小。这一方法将有效避免航天员出舱活动和航天器交会对接时的放电危险,对中国航天器带电效应防护具有很重要的意义。