表面电荷对聚四氟乙烯沿面击穿特性的影响

聚四氟乙烯(Polytetrafluorethylene,PTFE)因其高绝缘性而极易在表面积累空间电荷,且电荷衰减周期长。认识表面电荷对PTFE沿面击穿性能的影响,对设计相关的绝缘系统具有重要指导意义。使用针-板电极装置,采用从6kV变化到10kV的正、负极性针电压对PTFE样品膜进行电晕充电积累表面电荷,使用静电电位计测量样品膜表面电位并估算得到表面电荷面密度。对具有不同表面电荷密度的PTFE样品膜,试验研究常压及真空中样品的负极性直流沿面击穿场强。结果表明,不同充电电压可以有效调控PTFE表面电荷密度。负极性较正极性电晕充电能够更有效地在PTFE表面积累高密度电荷;正极性表面电荷在常压和真空中均导致PTFE的负极性直流沿面击穿场强降低,而负极性表面电荷则具有影响程度较小的相反效果,即仅在一定程度上提高PTFE的负极性直流沿面击穿场强,且表面电荷在真空中对沿面击穿场强的影响弱于常压环境。     

航天器表面材料电导的研究与测量

本文分析了航天材料电导能力对表面电荷积累的重要影响。描述了航天材料表面电导和体电导的测试方法。给出了一些样品的电导与真空的关系并作了讨论。     

镀铝KAPTON,TEFLON薄膜充放电特性面积效应研究

介绍星用镀铝ＫＡＰＴＯＮ、ＴＥＦＬＯＮ薄膜充放电特性地面模拟试验研究的试验装置、试验方法和试验结果分析；给出了充电电位分布、最大放电电流、放电电荷、放电脉宽与样品面积的关系；简单介绍放电频谱特性、小放电脉冲、掩模上放电脉冲以及放电对样品表面损伤的形貌分析。研究结果主要为卫星充放电效应的防护设计和试验验证提供实验依据     

卫星天线抗静电技术研究的进展

论述了卫星天线的主要电环境：地球同步轨道和低高度极轨空间环境;卫星天线表面充电的危害性; 抗静电膜的发展水平。已研制出了导电膜＋ Ｋａｐｔｏｎ（聚酰亚胺） ＋ 温控漆的复合结构抗静电膜和加有氧化锡的可溶性高聚物涂层。通过环境效应试验、抗静电膜对天线电性能影响的试验和模拟极光充电环境下的充放电评估实验, 证明抗静电膜符合天线性能要求, 并可以有效控制天线表面的充电电位     

卫星表面材料物性与电荷积累

卫星表面在地磁亚暴环境下积累电荷的现象是必然的。由于表面间物性的差别,这种积累将是不均衡的,然而一旦建立了电势差,那末表面与表面,表面与构架间就会存在电荷交换,使电势差逐渐趋于减小。文章试图通过物理模型的建立,由此推导出面间电势差变化与表面电势值及表面的电导、电容的关系,从而建立一种明确的数学模型,以利卫星表面充电状态的分析。     

基于BP神经网络的GEO等离子体环境参数反演分析

空间等离子体环境诱发的表面充电效应会对航天器运行产生干扰,严重时将导致太阳电池等部件失效。通过神经网络反演方法,以GEO环境中介质表面充电电位曲线作为输入,在双峰麦克斯韦分布假设下,可以逆向得到高能峰的等离子体参数。分析了GEO等离子体环境参数对表面充电电位曲线的影响,表明高能峰在充电过程中起决定性作用;其次通过MATLAB搭建BP神经网络,采用COMSOL计算得到多组充电曲线进行网络训练和反演计算,得到等离子体密度反演的平均相对误差为0.42%,温度反演的平均相对误差为0.03%,整体误差在0.1%～5.6%。结果表明,采用神经网络对等离子体环境进行反演具有可行性,该方法可以作为空间等离子体环境探测结果的对比参考和航天器非探测点表面电位计算的输入条件。     

基于BP神经网络的介质表面充电电位反演方法

为了实现全面、实时的在轨卫星充放电风险分析,基于在相同环境下,不同材料表面充电的关联性,利用BP神经网络建立了一种由Kapton材料表面充电电位反演卫星其他常用介质材料表面电位的模型。以Kapton材料的表面电位以及材料厚度为输入,其他介质材料的表面电位作为模型输出,使用COMSOL建立的表面充电模型对神经网络进行训练,将反演误差降低到10%以下,并利用Kapton与Teflon材料表面充电地面试验数据验证反演模型的准确性,结果显示Teflon表面电位的反演值与实测值间的相对误差小于16%。     

SRB,G86和铝阳极化表面充电性能评价研究

SRB、G86涂层和铝阳极化着(黑)色是卫星表面热控用的材料。在轨道上,它们将直接与空间等离子体环境相接触,因此它们表面积累电荷的性质对是否会由它们引发放电、起弧、击穿等物理效应是至关重要的。为此在综合模拟空间环境下对它们的充电性能进行评价是十分必要的。通过实验评价可以正确了解它们的表面积累电荷的情况及其变化规律,为在工作中恰当的使用或改进提供科学依据。     

模拟地球同步轨道辐照环境对光学太阳反射镜性能的影响

研究了模拟地球同步轨道辐照环境对卫星用温控涂层-光学太阳反射镜(OSR)性能的影响。对所研制的两类OSR 片进行的辐照试验项目有,真空紫外辐照、低能电子和两种能量的质子辐照。此外还进行了等离子体环境条件下的表面充/放电效应试验。经过相当于安装在地球同步轨道卫星南北极位置处,在空间七年所受到的电子、质子和紫外辐照总剂量的辐照后,导电型OSR 的太阳光谱吸收率α_s 由0.068增加到0.078,法向发射率ε_n 由0.83降低到0.72;而非导电型OSR的α_s 由0.066增加到0.085,ε_n 由0.82降低到0.76。表面充/放电试验的结果表明:导电型OSR 的充电电位仅在15～40V 之间,而非导电型OSR 的充电电位则可高达13kV。因此导电型OSR能有效地控制表面的充/放电现象。     

Cr对ZrO2/Ni热障涂层界面结合的影响

热障涂层广泛用于航空、航天领域,涂层与基体的界面结合强弱是决定涂层寿命的一个关键因素.为了提高其使用寿命,必须要求涂层与基体的界面有较好的结合.利用密度泛函理论框架下的第一性原理离散变分(DV)方法研究了ZrO₂Ni热障涂层界面的能量学和电子结构,讨论了替位型掺杂的Cr在ZrO₂Ni热障涂层界面中的作用.结果表明:Cr容易偏聚于界面处(偏聚能达6.03eV),Cr使得体系结合能增加,体系更稳定,有利于界面的结合;界面处原子电荷占据数和电荷密度计算表明:加入Cr后跨界面方向的电荷密度增加,同时也使得界面内电荷密度增加,这有利于跨界面方向的以及沿界面方向的成键,从而加强了涂层与基体材料的结合.     

材料次级电子发射特性对表面充电影响的数值计算研究

表面充电是最早被人们发现的空间环境效应, 是由空间环境引起的航天器异常和故障的主要诱因之一. 采用较精确的金属二次电子发射公式和局部电流平衡模型, 在无光照的情况下, 对不同表面材料及不同几何形体的航天器表面充电电位进行计算, 并绘制了表面材料的充电电位与最大二次电子发射系数之间的关系曲线. 根据数值计算结果及次级电子发射系数和曲线图得知, 航天器阴面充电电位与表面材料的原子序数、最大二次电子发射系数和入射离子引起的次级发射系数均有关. 该计算对航天器表面材料的选取和设计工艺有一定的参考价值.      

航天器介质深层充电模拟研究

针对航天器介质深层充电问题,提出了一种基于蒙特卡罗模拟和充电动力学RIC模型的介质电荷分布及电场预估新方法,利用地面试验验证了其正确性.航天器介质平板充电过程被简化为屏蔽铝板与分层介质组成的Geant 4模型,通过统计方法计算出了实际入射束流下Teflon介质内的注入电流密度和剂量率分布曲线,利用RIC模型获得了背面接地时介质中的电荷密度和电场分布,利用脉冲电声法(PEA)对不同束流密度辐照下的Teflon内部空间电荷密度进行了测量.数值模拟和地面试验结果表明,Teflon在100 keV能量电子辐照下,电荷密度和电场随着束流密度的增加而不断增大,其电荷密度峰值位置约为0.042 mm,且背面接地时接地侧电场最大.由于Geant 4粒子输运模拟和RIC模型具有通用性,因此该方法适用于各种航天器介质材料.      

SB—3热控涂层电导稳定性能评估

SB—3是一种消光性能好,吸收率和发射率高的黑色热控涂层材料,基底材料是有机化合物。为了增加电导能力和克服表面电荷积累的现象,在涂层中又掺有导电添加剂。对这样一种有应用前途的热控涂层进行比较深入细致的观察研究是十分必要的。通过这方面的评估研究可以指出该涂层的充电性能的变化及规律,也有助于涂层改进并实现在型号上可靠应用的最终目的。     

深空探测用锂离子蓄电池在轨管理策略研究

高轨卫星、深空探测器在工作周期内地影时间较短,储能电池长期处于搁置状态,而在存储过程中由于界面副反应的存在会导致持续的锂离子电池容量衰降,影响储能电池的使用寿命。通过dV/dQ曲线分析、交流阻抗分析和解剖分析发现在存储过程中活性Li损失是导致锂离子电池容量损失的主要原因,在100%SoC状态时还会导致电解液在负极表面的分解加剧,引起正极的界面膜阻抗R_(SEI)和颗粒间接触阻抗R_(CR)出现明显的增加。研究结果表明:深空探测器电源系统在存储期间为了减少过放电风险,并减少不可逆容量损失,应将蓄电池的荷电状态控制在20%SoC左右,并定期进行充电。     

静电电荷衰减试验仪校准装置建标研究

静电电荷衰减试验仪是测试静电耗散材料衰减时间的仪器,对该仪器校准标定时,主要针对半衰期这一指标进行比对验证。因此该校准装置系统需构建正、负极性可变,电压和时间可调的指数衰减曲线;研制测试用标准分压器和考核分压器;测试结果由数据采集卡和计算机完成;同时对整套系统的不确定度进行了评定。     

直流高电压标准分压器周期校准方法的研究

建立直流高电压计量标准的关键是解决主要溯源设备的直流高电压标准分压器的高准确度校准问题。介绍了一种对额定工作电压高达100 kV的直流高电压标准分压器进行周期校准的方法,给出了具体的校准步骤并进行了不确定度的分析。该校准方法可以达到10-6量级的校准不确定度,已经在实际工作中得到应用,结果表明:直流高电压标准分压器新的校准方法是正确可行的,可用于高电压标准分压器的周期校准。     

低轨道航天器的表面充电模拟

为研究航天器表面材料在空间环境中的充电现象, 利用SPIS (Spacecraft Plasma Interaction System)模拟了航天器在低轨道等离子体环境中的表面充电情况, 通过对模拟结果进行分析并与实际观测进行比较, 可以看出模拟结果基本能够反映出不同性质材料之间的充电差别, 特别是导电材料与非导电材料之间的充电差别. 模拟得到的充电电位及充电时间与充电的一般理论计算结果符合较好, 且能够清晰反映出航天器运动中产生的冲击流及尾流的结构特征. 根据SPIS低轨道航天器表面充电模拟的特点, 认为SPIS的模拟结果是合理的.      

高高原低气压环境对锂离子电池循环性能的影响

随着锂离子电池在中国高高原地区及机场的应用，其在高海拔低气压环境下的循环性能及老化机制成为一个亟须解决的问题。对此，在96 kPa-25℃（常温常压）及60 kPa-25℃（常温低压）环境下，通过电池健康状态、直流放电内阻、电化学阻抗、容量增量及微分电压曲线等电池电化学特征参数对NCM523软包锂离子电池的老化行为进行了分析。研究表明:60 kPa低气压环境加速了锂离子电池老化进程，电池内部结构受60 kPa低气压应力影响，致使电池欧姆阻抗和电荷转移阻抗较常压工况分别增加6.22%和45.76%，锂脱嵌反应受限，电池界面动力学衰退；因电池阻抗增大造成以正极活性锂离子损失主导的循环容量加速衰减，电池健康状态衰减率较常压工况高3.08%。      

电介质材料的二次电子发射动态特性研究

介质材料的动态特性是二次电子发射特性研究中的重要组成部分。通过数值模拟方法建立有效二次电子收集效率模型,可研究多种测量参数对介质动态特性的共同作用。模拟结果表明,空间电场和收集极结构对有效二次电子收集极效率的影响有一定相关性,收集极电位增大能提高有效二次电子收集效率,而动态过程中的半高宽时间则线性增加。另外收集极结构变化能够影响空间电场的作用效果。二者通过直接影响收集效率,间接改变表面电荷积累来引起动态特性的变化。入射束流则可直接影响表面电荷积累速度,使得半高宽时间线性增加或减小。研究结果对于揭示介质材料带电产生的动态过程以及指导实验准确测量二次电子发射系数具有科学意义。     

卫星磁层亚暴环境模拟试验设备的设计

卫星表面充电是七十年代初发现的严重危害同步轨道卫星的新问题。为了寻求解决卫星表面充电问题的方法,许多国家进行了广泛的研究。我们于82年开展卫星表面充电模拟试验技术研究。本文仅就我们在磁层亚暴环境模拟设备设计中考虑的一些问题作简要介绍。阐述了对模拟系统的要求,模拟系统的组成和用途,介绍了真空系统,电子枪,光源和测量系统设计中应考虑的问题。