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.      

航天器表面充电模型研究Ⅰ—空间电环境模型研究

航天器表面充电研究表明充电状态与空间电环境和航天器自身情况有着极为密切的关系。空间电环境是导致航天器表面充电的直接客观原因,它受太阳活动和地磁活动的强烈影响。研究空间电环境状态是认识航天器表面充电原因的基础。本文对已提出的许多空间电环境模型作了较为全面的综述和讨论     

基于神经网络及深层充电的电子通量反演模型

为了实现对空间高能电子通量的估计及航天器深层充放电的风险评估,基于深层充电和空间电子环境的关联性,利用人工神经网络（ANN）建立了一种由深层充电反演空间高能电子环境的模型。以深层充电探测电流密度及电子能量作为模型输入,电子通量作为模型输出,使用AE9模型对神经网络进行训练,将神经网络的MSE降低到了0.04122,并使用Giove A卫星的深层充电探测数据及GOES卫星的电子通量探测数据验证了模型反演电子环境的准确性。同时对由探测电流计算航天器典型介质材料最大内电场的神经网络模型进行了研究,以实现对航天器内充电风险实时评估。     

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.      

太阳风中航天器带电与尾迹效应的模拟

航天器充电和尾迹效应会对周围等离子体造成扰动,影响测量装置结果的准确性.利用SPIS （Spacecraft Plasma Interaction Software）分别模拟了航天器与太阳风的相互作用,考察了光电效应以及航天器尺度对表面充电情况和尾迹效应的影响.结果表明:太阳风环境下,等离子体密度稀薄,电子电流比光电子电流小得多,航天器表面为正电势,航天器后部有清晰的尾迹结构,尾迹带负电;光电效应可改变尾迹结构,与无光电效应相比,光电效应使得航天器尾迹尺度变大;由于太阳风定向运动动能大于航天器表面势能,航天器的尾迹结构与其几何尺寸有关,航天器尺寸越大,尾迹尺度越大.      

尾迹和地磁效应对航天器表面充电影响的研究

研究迷效应和地磁场效应对中低轨道航天器表充电的影响,根据航天器表充电机制,采用薄鞘模型,根据电流收庥和轨道反演方法进行了数值模拟,给出航天器表面为导体和非导体的平衡电位,并进行了分析研究,数据结果观测和理论分析相符。     

航天器充电现象的主动控制

<正> 一、引言十年来,同步轨道卫星的带电现象引起了空间科学研究和工程设计部门的严重关切。现从航天器在轨道上测得的飞行数据看,在磁层亚暴环境中,特别是又恰逢航天器星食期间,航天器表面的静电充电会高达上万伏。伴随着高充电而来的是航天器表面的电压击穿、电弧放电、材料的老化和损坏以及严重的电磁脉冲干扰等等。无疑,这些现象将导致对航天器的能源、指令和控制系统的严重干扰和损伤,以及对航天器结构材料的破坏,从而危及航天器     

最严重充电条件下航天器的瞬态充电模拟研究

运用等效电路模式理论推导出随时间变化充电问题的微分方程组，针对最严重情况构造了解决瞬态充电问题的程序，对ＡＴＳ－６卫星的二种情况运用这个程序进行了计算。讨论了航天器不同材料对充放电的影响。     

采用局部电流平衡模型计算同步轨道航天飞行器上界负电位

本文采用局部电流平衡模型,在无光照条件下,对不同表面材料、不同几何形体的航天器充电情况进行了计算.计算得到的最大负电位代表在同步轨道上飞行的航天器充电时可能达到的最坏情况.计算还得到某些航天材料可能出现多重带电的现象.      

CRRES卫星内部充电的模拟计算与验证

基于Geant 4软件建立一种用于计算航天器内部充电所产生电场的方法.分析载有IDM仪器的CRRES卫星当时所处的空间电子环境,使用该方法进行内部充电模拟,并将模拟结果与IDM仪器所测得的放电脉冲数据进行对比,不仅验证了该方法的有效性,更重要的是深入认识了引起航天器内部充电的空间环境特征以及材料特性对充放电效应的影响.介质内最大电场的模拟计算结果与CRRES卫星实际观测到的放电现象吻合;在材料的各项参数中,与辐射感应电导率有关的kp系数对稳态电场有很大影响,为了定量研究内部充电效应,需要在实验室精确地测定kp系数;材料的暗电导率、密度以及材料的分子构成等也与内部充电效应有关,对这些参数细致地研究有助于对内部充电效应的认识.      

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.      

Charging effects in the cometary environment of Halley

Electrostatic charging of the GIOTTO spacecraft in different impact induced charged particle environments was studied with 3D numerical particle-in-cell models. The simulation results are assessed according to first experimental results of GIOTTO and VEGA instruments. Decreasing and even negative spacecraft potentials measured on VEGA near closest approach to the comet suggest the influence of the cometary plasma, which is also confirmed by corresponding numerical simulations.     

阈值温度,临界能量与航天器带电特性

采用加权求和方法确定不同能量入射电子对应不同次级(二次发射和反向散射)电子产率公式,用来计算航天材料高压带电的阈值温度T~* 和临界能量E~*,得到了与观测数据较为接近的临界带电特性。文中进一步阐明运用T~* 和E~* 两个概念,可以定性解释航天器带电的复杂特性。     

Particle-in-cell simulation of the plasma environment of a spacecraft in the solar wind

The main interactions between the plasma and the spacecraft are the wake effects, the emission of a dense photoelectron cloud and the electric charging of the surface of the spacecraft. An electrostatic particle-in-cell computer simulation model is presented, that allows the simultaneous calculation of these related effects. For different plasma properties, two-dimensional simulations yielded the steady state self-consistent potential distributions around the probe. These potentials, especially the potential barriers produced by the photoelectron cloud, have great influence on the measurements of the low energy solar wind electrons. The essential features can be verified by a comparison with selected electron distributions measured onboard the HELIOS spacecraft.     

地球静止卫星粒子辐射屏蔽和充电设计原则

文章描述了总剂量屏蔽和减小静电充电影响的方法。并且指出总剂量方法足以满足卫星的在轨性能,改进充电设计用以满足卫星性能的要求。