航天器内带电效应的微弱电流监测技术

航天器的内带电效应是影响其在轨稳定运行的重要因素。内带电效应的电流监测可以直接获得一手的内带电效应监测数据,也可获得反映引起内带电效应的高能电子充电环境的状态。针对近地中高地球轨道环境,基于国外电流监测数据并考虑可能遭遇的高能电子暴环境,分析获得了内带电效应电流的测量范围10 fA～500 pA。针对未来中高轨及木星、火星等深空探测任务内带电监测需求,提出了一种微弱电流监测方案,实现了pA级微弱电流测量模块的实验室模拟标定。标定结果表明,在10 fA～500 pA范围内,输入电流与输出测量电压之间的线性度较好。     

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。     

探测微小空间碎片的MOS电容传感器设计研究

获得在轨微小碎片环境数据,是建立、检验和完善微小碎片环境模型不可缺少的手段。国内空间碎片研究工作的深入开展,须要研制适合搭载到航天器上的微小碎片探测器,以完成轨道空间的微小碎片的质量、尺寸、速度及飞行方向等参数的测量。微小碎片撞击到金属-氧化物-半导体(MOS)电容传感器,会导致传感器放电和充电,通过检测充电过程的电脉冲信号,记录微小空间碎片撞击事件,从而获得微小空间碎片通量。文章就探测微小碎片的MOS电容传感器设计及其地面高速粒子撞击模拟试验进行了研究,并验证其探测微小空间碎片的可行性。     

MOS电容型微小空间碎片探测器探头研究

MOS电容传感器具有结构简单、可靠、功耗小等优点,在国外已被成功用于微小空间碎片在轨探测,但国内开展的相关研究还较少。文章在对MOS电容传感器探测微小空间碎片原理及过程进行分析的基础上,基于ADS软件建立了传感器电路模型,确定了影响传感器探测性能的关键参数,完成了传感器的设计及研制,进而研制了阵列式探头。最后对阵列式探头成功开展了地面高速微粒撞击试验,探头在经过了数十次高速微粒撞击后,仍能对高速撞击事件进行测量,初步验证了使用该探头开展在轨微小空间碎片探测是可行的。     

利用弯曲晶体实现空间带电粒子屏蔽方法及应用初探

文章针对传统辐射屏蔽方法质量利用率低的问题,提出利用弯曲晶体对空间带电粒子进行偏转屏蔽的新方法。该方法利用规则晶体内部连续性势垒对带电粒子的束缚作用,使得被束缚的带电粒子随着晶体弯曲而偏转。采用解析方法深入分析了弯曲晶体对带电粒子偏转机理的4个关键参数:临界角,临界半径,退沟道长度和偏转效率;并从偏转效率的角度对比了硅晶体和碳纳米管2种材料的屏蔽效能,结果显示碳纳米管更具备工程应用前景。建立了适合偏转空间各向同性入射带电粒子的屏蔽材料结构,初步分析了该结构偏转空间不同能量电子和质子所需的屏蔽厚度,结果表明:对电子而言,利用弯曲晶体的屏蔽方法优于传统的能量损失方法。     

SSO及GEO典型太阳质子事件单粒子翻转率估算

文章根据NOAA卫星和GOES卫星的测量数据,对太阳质子事件期间地球同步轨道(GEO)和太阳同步轨道(SSO)的质子辐射情况进行考察.采用Bendel双参数模型对GEO和SSO由质子引起的器件单粒子翻转率进行估算,并分析了影响翻转率的因素.在器件敏感度一定的情况下,单粒子翻转率与大于能量阈值的质子总通量以及质子能谱硬度呈正相关.SSO与GEO的质子辐射及单粒子翻转预测对比研究结果表明:由太阳质子事件引起的SSO质子能谱比GEO的要“软”.太阳质子事件对SSO卫星的影响与对GEO卫星的影响之间存在相关性.两轨道上DRAM型的D424100V器件和SRAM型的HM6516器件的翻转率比值接近,SSO翻转率约为GEO的13％～22％,而双极型93L422器件翻转率比值则在26％～57％之间.通过对比SSO与GEO翻转率的比值和两轨道辐射程度的比值发现,不同的器件对能谱硬度的反应各异,原因是每种器件产生SEU的能量阈值不同.     

存储器空间单粒子翻转率预测

根据SSO上两卫星搭载的三个PREM测得的空间中重离子LET谱，以及利用Weibull分布模型拟合出的不同器件的σ-LET曲线，对由空间中重离子引起的单粒子翻转的翻转率进行了预测估算.将预测值与实测值对比，分析了影响翻转率的因素.对于相同器件，翻转率与设备在卫星上的位置和朝向有关.位于卫星尾部面向后退（-x）方向的翻转率高于位于底部对地（+z）方向的器件翻转率；太阳活动水平高的时间段翻转率高于太阳活动水平低的时间段.探测器接收的重离子微分LET谱的强度和硬度决定了器件的单粒子翻转率.在高于翻转LET阈值时，LET谱的强度越高，其硬度和翻转率越大.不同器件的翻转率也不相同.      

商用ADSP-21060L总剂量辐照试验与分析

空间太阳望远镜(SST)设计采用多片商用数字信号处理器ADSP-21060L组成处理阵列,以完成在轨海量数据处理任务。其中商用ADSP-21060L片内资源丰富、结构复杂,其耐受总剂量辐射的能力是设计的关键指标。提出采用基于工程应用状态下的在线实时监测性能和参数的总剂量辐照试验方法;设计并完成5个样品芯片的总剂量辐照试验。试验结果表明该款芯片在总剂量大于20krad(Si)时功能失效,试验方案可行,试验数据可以作为其它星载计算机的设计参考。     

基于碳纳米管透明导电膜的航天器表面充电防护试验研究

ITO膜常用于卫星表面电位控制，但其易碎、折叠后电阻增大，导致卫星表面存在充电隐患。为解决此问题，试验研究碳纳米管透明导电膜的电阻经过折叠后的变化，并采用低能电子辐照的手段获得碳纳米管膜的充电特性。试验结果显示:碳纳米管膜的体电阻率、充电电位与ITO膜接近，但在相同折叠次数下，碳纳米管膜电阻的变化远小于ITO膜，因此碳纳米管膜在航天器表面充电防护工程应用方面比ITO膜更有优势。