航天器表面充电效应及其工程计算

文章较全面地介绍了航天器与空间等离子体发生的表面充电效应。从航天器表面充电的发现到充放电带来的危害,阐述了航天器表面充电研究对航天器安全飞行的重要性,最后对如何消减表面充电效应带来的危害提出了建议,分析了用充电软件进行工程模拟计算的可行性.     

卫星电缆网内部充电效应仿真分析

电缆结构作为最常见的卫星上的介质-金属结构,只受到卫星蒙皮的保护,其内部充电效应须引起重视。针对卫星上常见的电缆网结构进行了分析,使用内部充电三维仿真软件计算分析了GEO卫星上几种不同型号电缆对应不同蒙皮厚度下的充电效应,并对弯曲电缆、蒙皮孔洞处的电缆、电缆固定件等结构的简化模型进行了仿真分析。结果显示,在GEO恶劣电子环境下,单一卫星电缆会因为内部充电效应带上一定的负电位,在绝缘皮较厚或电缆处于蒙皮孔洞处等情况下,充电负电位会升高;电缆固定件介质块的充电电位与介质材料的尺寸有关,会带来较高的放电风险。     

国外木星探测任务进展与分析

为了更好地规划我国木星探测任务,文章对国外木星探测任务的发展状况进行了调研分析。对比分析了伽利略号、朱诺号、木星冰月探测者和欧罗巴快帆任务的探测目标,并对上述任务采用的运载火箭、探测轨道与通信系统进行了分析总结。指出未来木星探测任务所需运载火箭地球同步轨道转移能力应在10 t以上,以对木卫展开全面覆盖探测,采用Ka频段作为下行数据载波。在上述分析的基础上,提出了我国木星探测的任务目标和初步规划的建议。     

木星环绕探测器电源系统设计研究

木星环绕探测任务的规划,对电源系统的设计提出了新的需求和挑战。文章结合木星及木星系环绕探测器任务各个阶段的温度、光照、辐射等空间环境特点,分析了电源方案的设计需求,并调研了以美国伽利略号(Galileo)、朱诺号(Juno)和欧洲木星冰卫星探测器(JUICE)为代表的国外木星环绕探测器的电源系统设计。根据我国的能源和航天技术发展现状,比较了同位素电源和太阳电池阵2种技术路径,提出\"太阳电池-蓄电池\"是木星环绕探测电源系统的可行方案。最后给出了电源系统的初步设计方案和输出仿真,并通过分析建议在低温低光照太阳电池、宽域电源控制器和太阳电池辐照防护等技术方面针对任务进行适应性改进,以满足木星环绕探测的任务需求。     

GEO卫星表面充电相对电位的工程分析

地球静止轨道(GEO)卫星在轨运行期间,沉浸于具有一定能量和密度的空间等离子体之中,等离子体与卫星表面材料相互作用,将使卫星出现"表面充/放电效应",进而对星上电子系统产生影响,甚至发生电路故障,直接威胁整星安全。为防止GEO卫星在轨期间因等离子体造成的表面充放电导致卫星异常和故障,在GEO卫星的设计中,必须进行卫星表面电位分析、控制和试验验证等工作。文章根据卫星表面材料的基本参数和接地状态,采用工程分析方法对卫星表面充电电位进行分析,满足卫星工程设计急需。     

航天器表面充电仿真计算和电位主动控制技术

文章运用等效电路理论推导出随时间变化充电问题的微分方程组,用FORTRAN语言开发了相应的计算机模拟程序,针对强地磁亚暴空间环境分析了地球同步轨道航天器在阴影区和光照区的充电水平。最后计算讨论了采用空心阴极等离子体接触器向航天器外发射电子束作为控制航天器充电水平手段的作用效果。     

BM2表面充电试验设备研制

卫星表面充放电是危害地球同步轨道卫星的严重问题,BM2表面充电试验设备是用于地球同步轨道卫星表面样品和外露组件表面充电效应研究和试验的设备,设备由真空设备、电子枪、紫外辐照装置和测量仪器组成,它是国内尺寸最大性能最好的表面充电试验设备。本文详细介绍了设备的组成和主要技术性能。     

脉冲等离子体源控制航天器表面充电电位的研究

在空间环境运行的航天器存在表面充电现象,而航天器表面充电引发的静电放电是导致航天器异常及故障的重要原因之一。因此,在航天器设计和应用中,必须对航天器表面电位采取必要的控制和防护措施。文章介绍了用脉冲等离子体源进行航天器表面充电电位主动控制的研究。通过模拟实验和实验数据分析,证实了用脉冲等离子体源能有效地控制航天器表面充...     

JUICE木星探测器交流磁场控制技术分析

空间科学发展对空间交流磁场（约20 kHz）的探测需求愈加凸显。减小探测器自身交流磁场对星载磁场传感器的干扰对于获得高精度空间磁场数据至关重要。2023年发射的JUICE木星探测器实现了世界领先的交流磁场控制。文中介绍了JUICE的磁场传感器配置和磁控指标,并归纳了交流磁场的来源;重点分析了JUICE的交流磁场指标估算,交流磁场测量,以及太阳电池板和反作用轮的磁场控制等关键技术;讨论了交流磁场控制与直流磁场控制的主要区别;总结了JUICE单机和整器的磁试验设备配置情况。有关实践可为我国后续空间磁场探测器的交流磁场控制技术研究和任务实施提供参考和指导。     

电阻接地状态下星用电路板深层充电仿真方法

文章基于Monte Carlo方法和有限元方法,对双层和4层电路板覆铜层通过电阻接地时的深层充电进行仿真分析,详细讨论了空间各向同性电子通量模型、电路板背面和中间覆铜层分别通过电阻接地时的计算方法和边界条件,以及不同接地条件下有限元矩阵方程的建立;最终定量计算了电阻阻值对电路板充电结果的影响。仿真结果表明,较之完全接地情况,通过电阻接地会增加充电电场和电势,最大电势深度也相应变化;电阻接地层电势和阻值呈线性关系;当接地电阻为109?量级及以下时,其对深层充电的影响可以忽略,验证了NASA-HDBK-4002A手册中设计指南的正确性。     

高能电子辐照下介质-导体相间结构深层充电特性研究

为研究影响介质-导体相间结构深层充电特性的内在因素,设计了不同构型的试验样品,利用90Sr放射源模拟空间高能电子环境对样品进行深层充电辐照试验,测量了充电电位的差异。并借助深层充电三维仿真软件计算介质-导体相间结构在不同几何构型情况下的深层充电电位、电场分布。试验和仿真结果表明,介质最高表面电位以及介质内部最大电场均与介质宽度和高度呈正相关。其他条件不变时,介质越宽,或越高于导体表面,发生放电的风险就越高。在介质与导体侧面存在微小缝隙情况下,介质内最大电场显著增强,易发生内部击穿。而在介质与导体之间的真空间隙内,电场很容易超过击穿阈值,放电风险很大。航天工程应用中为降低此种结构深层充放电的风险,在满足绝缘性能及其他要求的前提下应尽量减小介质的宽度,降低介质与导体间的高度差,并确保介质与导体侧面接触良好。     

航天器表面充电的数值模拟

根据等效电路理论模式,通过计算机模拟了航天器在强亚暴空间环境下阴暗区和光照区两种不同环境下的表面充电情况。选取了比较有代表性的充电情况的等效元进行分析,并参照了ATS-6卫星的实际数据。结果表明,考虑到数值模拟中各种近似条件的假设,模拟结果和实际充电情况基本符合。     

分析含泡沫元件组合结构的一个近似方法

文章提出了一个建立预紧组合结构中泡沫材料有限元模型的近似方法,其基本过程包括:建立泡沫材料性能试验系统的数值模型,调整模型中泡沫材料的某些参数值直到数值结果与相应的试验结果非常接近,并将这些数据应用于相关的组合结构分析中。     

固体发动机壳体工作状态塑性流动数值模拟

采用二维轴对称模型及有限元数值计算方法,对固体火箭发动机壳体在高压下的应力分布进行了分析和计算,获得了发动机壳体在工作条件下的塑性形变及应力场的分布。其结果可供基于塑性形变的壳体评估及可靠性设计参考。     

氙离子发动机对GEO卫星表面充/放电效应的影响

用于GEO卫星上的氙离子发动机工作时喷射出具有一定能量和密度的氙离子及电子,参与了通常由空间等离子体、表面材料二次电子、光生电子等对GEO卫星的表面充/放电过程,从而对卫星表面充/放电效应产生影响.文章对此影响进行定性分析,并探讨其设计要求.     

导引头伺服机构冲击环境动力学响应特性分析

导引头伺服机构是制导武器的关键核心部件,其在复杂严酷力学环境下,动态性能的优劣直接影响武器的制导精度。针对精密导弹伺服机构在高可靠、高精度指标下对动态性能与稳定性提升的工程需求,本文研究导引头伺服机构冲击环境激励动力学响应特性。首先,采用有限元法,建立导引头伺服机构的有限元仿真模型;其次,基于瞬态动力学理论,运用完全法进行冲击响应求解,分析其在不同方向的冲击动力学响应,得到局部刚度较差的关键薄弱位置,再次,对不同冲击参数和阻尼系数下的结构冲击响应进行分析,得到冲击响应的参数影响规律;最后,针对伺服机构关键薄弱环节弧形齿轮进行应力分布分析,研究轴承支承参数对弧形齿轮的影响规律。结果表明:弧形齿轮支承轴承越靠近右端效果越差,同时也间接影响了弧形齿轮的最大等效应力分布。本文研究可为航天精密伺服机构的动态性能优化与装配参数控制提供参考指导。     

不同磁暴条件下GEO卫星表面充电电位分布

文章利用1989-2004年间\"Los Alamos\"7 颗地球同步轨道卫星的数据对不同磁暴条件下处于地球同步轨道高度等离子体片区域的卫星表面充电电位和热电子(0.03~45 keV)温度随地方时的分布及随磁暴发生时间的变化规律进行统计分析.根据对磁层顶电流修正后的Dst指数(Dst*)将磁暴分成弱磁暴、强磁暴以及超大磁暴.在随地方时的分布上,弱磁暴时卫星最可能在午夜后侧负向强充电(＞800 V);随着磁暴强度的增加,在超大磁暴情况下该区域会沿东西方向扩展到夜晚21时到凌晨4时的区域.在随磁暴发生时间的分布上,弱磁暴下卫星表面充电到高负电位主要发生在Dst*最低点前3 h和后2 h的时刻,强磁暴下主要发生在Dst*最低点时刻,而超大磁暴下主要发生在恢复相,持续时间达十几个小时.表面电位的分布规律和热电子温度的分布规律表现一致:卫星表面负电位超过100 V的区域主要集中在热电子温度大于2 keV的区域,而表面负电位最可能超过800 V的区域主要集中在热电子温度大于2.5 keV的区域.通过统计分析看出,对于那些极可能发生高负电位充电(＞8 kV)情况下的卫星表面电位分布与磁暴的强弱并无明显的相关性,但发现在弱磁暴情况下明显集中在正午前侧区域.     

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。