航天服材料的静电吸附效应地面试验研究

航天员在轨出舱作业时，其穿戴的航天服面临空间尘粒污染的静电吸附增强效应问题，空间尘粒污染会对航天员的健康及仪器设备的安全稳定运行造成威胁。文章分析了空间站–航天服静电起电模型，研究了污染物粒子带电机理及带电尘粒在电场作用下的静电吸附过程；在此基础上搭建空间站–航天服电场的静电吸附效应地面模拟装置，并开展了4种航天服表面典型材料对空间中尘埃粒子的静电吸附效应试验验证。通过对试验结果的分析，提出后续应在航天员出舱活动中设计静电消除装置、处理航天服主体材料表面保持航天服洁净等建议。     

固体火箭发动机静电的产生与防范

论述了固体火箭发动机产生静电的机理，分析了发动机在系统中的电磁环境，同静电起电有关的位置环境，提出了发动机发生静电激发点火的模式。以复合材料壳体并装有丁羟推进剂药柱的固体发动机为例，对其静电发火可能性及防范措施作了分析。按照有关的静电感度标准和试验方法，对发云南壳体，药柱，片状或粉状推进剂和火工品，进行了静电特性的试验。     

非接触式表面电位探针设计与研制概述

在月球环境地面模拟实验室中,月表土壤的模拟带电情况测试需要用到非接触式表面电位探针。文章设计了一种非接触式表面电位探针,利用压电陶瓷外加驱动电压可产生形变的原理,以正弦电压信号驱动压电陶瓷周期振动,引起陶瓷片与被测带电体表面间电容变化从而产生感应电流,通过对感应电流的测量计算得出被测表面的静电电位。在实际工作中,其测量范围可达到0~4000V,测量精度优于5%。该仪器可广泛应用于表面静电带电测量及其他空间静电带电测量项目。     

冲击载荷下CMDB推进剂断裂性能实验研究

高过载冲击载荷下,固体推进剂出现断裂行为是影响箭弹发动机装药结构完整性的重要原因之一。采用霍普金森实验技术(SHPB),对CMDB推进剂进行了冲击断裂实验。运用实验-仿真的方法,将实验数据直接输入仿真模型中,验证了实验条件下试件满足动态平衡前提假设,获得了推进剂的I型动态起裂韧性;利用扫描电镜设备(SEM),对推进剂断面形貌进行了观察和讨论。结果表明,CMDB推进剂动态起裂韧性在60 000~100 000 MPa·m1/2/s加载率范围内表现出明显的线性率敏感特性,并在加载率达到100 000 MPa·m1/2/s后出现极值3.96 MPa·m1/2;CMDB推进剂在高过载条件下表现出明显的脆性起裂特性以及动态起裂韧性存在率敏感性,直接与应力波对基体和AP颗粒损伤程度相关。     

用物理方法消除HMX粉料加料过程中静电的应用研究

提出了一种消除易燃高绝缘固体粉料摩擦生电的物理方法，主要是：研制特殊的复合介电涂层，调整其功函数使之与固体粉料的功函数相同或相近，同时减小复合介电涂层的电阻值到10^5-10^9Ω范围。将该复合涂层涂覆在与粉料摩擦的设备接触面上，可有效减少粉料的摩擦起量量，又可增大静电泄漏率。上述物理方法应用于自动加料系统中，消除奥克托金（HMX）粉料中的摩擦电，消电率达90％。     

电火箭的研究现状与应用分析

电火箭是将电能转换为动能的动力装置。电火箭按工作特点可分为电热式和电离式两大类。论述了各种电火箭发动机的工作原理、主要特点和研究现状。介绍了电火箭的航天飞行试验和应用情况。分析和展望了电火箭的发展趋势 ,指出重点发展的电火箭为稳态等离子体发动机、电弧加热发动机和离子发动机     

电推进的现状与展望

小卫星的兴起将促进电推进的发展和应用。本文按电热式、静电式和电磁式三类电推进，分别简要回顾其发展历程，重点介绍目前正在空间使用的电弧式推力器和开始商业化的稳态等离子体推力器的发展现状。最后简述未来几种新型电推进的方案。     

北京卫星环境工程研究所金秋学术交流掠影(之一)——日本航天器表面带电专家Mengu Cho教授来所讲学

2007年9月10～13日,日本九州技术学院(KIT)航天器环境工程实验室主任、航天器表面带电专家Mengu Cho教授到北京卫星环境工程研究所讲学、交流。Mengu Cho教授1993年于美国获得航天器表面带电专业博士学位,并长期从事航天器的表面带电试验和理论研究,编写了ISO标准"卫星太阳帆板空间带电引起的静电放电试验",在卫星高压太阳电池阵表面充放电效应评估、验证技术方面有深厚理论基础和丰富经验。     

走向国际化的静态等离子体推力器

走向国际化的静态等离子体推力器吴汉基周顺林蒋远大图１静态等离子体推力器原理图静态等离子体推力器是前苏联研究得最早、最成功、应用最多的一种电火箭发动机。９０年代它已从俄罗斯走向国际市场。独具特色的一种电推力器静态等离子体推力器（ＳＰＴ）又称霍尔推力器或...     

“潘兴”Ⅱ导弹事故调查报告

美陆军1985年4月24日宣称,今年1月在西德的一枚“潘兴”Ⅱ导弹在装配过程中发生的第一级固体火箭发动机起火事故,是固体发动机内的静电放电造成的。历时3个月的事故调查报告说,放电电压是由于在低温和低湿度的情况下,火箭发动机在运输贮存容器中运动所引起的。调查还发脱,“潘兴”Ⅱ第一级发动机的端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂在低温时易于被静电放电引燃。这点是固体发动机制造业过去所不知道的。美陆军说,为防止在导弹上产生或积储     

Radiation Electrification of Spacecraft Leeward Surfaces by Auroral Electrons in the Ionosphere

A methodology of the physical modeling of radiation electrification of the leeward surfaces of the materials used to construct space vehicles by auroral electrons, when the vehicles are flown supersonically around by the ionospheric plasma at low and middle heights, is developed. Based on laboratory modeling, numerical experiments, and in situ observations, the dependencies of charging levels and equilibrium potentials on the ratio of the auroral electron density to the positive ions in the near wake behind the body and in the undisturbed plasma are determined.     

MEO卫星内部充电环境及典型材料充电特征分析

文章利用通用模型DICTAT,计算了恶劣期地球中高轨道(MEO)高能电子通量随卫星运行位置的变化情况以及日均积分能谱,之后选择4种参数具有代表性的电介质材料,分析了其在MEO环境下的充电特征,并将上述结果与地球同步轨道(GEO)情况进行了对比。结果表明,通常而言MEO卫星的内部充电风险更高,平均充电电位是GEO的3倍左右,而且充电电位在整个轨道周期内起伏变化明显,电位达到最高值的时间相对于高能电子通量最大值有0.3~0.9 h的延迟,具体的变化特征由电介质材料时间常数决定。     

卫星外露电缆束介质结构深层充电仿真分析

受到空间高能带电粒子的作用,航天器蒙皮外侧电缆束的绝缘介质会产生深层充电效应。基于介质的电流连续性方程,并利用Geant4粒子输运模拟和辐射诱导电导率公式分析了介质深层充电的物理过程。在地球同步轨道(GEO)恶劣电子环境下,对外露电缆束介质结构深层充电进行三维仿真分析。结果表明:深层充电导致介质结构带20 V以内负电位,电位和电场强度峰值分别出现在电缆束外圈电缆介质层的外侧与内侧;对于导线介质层厚度为0.19 mm的情况,各介质层间是否紧密邻接和电缆束包含电缆根数多少对充电峰值结果影响不大;捆缚电缆的条状介质块是发生放电的危险区域,介质块厚度为0.8 mm时,充电电位在-103 V量级,电场强度可达到4×106 V·m-1,且电场强度与电位随介质块厚度增加而显著增大。     

The ASTROD I charging simulation and disturbances due to solar energetic particles at 0.5 AU

The electrostatic charging of ASTROD I test mass (the Astrodynamical Space Test of Relativity using Optical Devices I) will disturb its pure geodesic motion due to spurious Coulomb and Lorentz forces. The three main disturbances associated with the charging are the acceleration noise of the test mass, the coupling between the test mass and the spacecraft, the appearance of unwanted coherent Fourier components in the measurement bandwidth. By implementing the same geometry and physics models in our previous work, a positive charging rate of 9369 e⁺/s for the solar energetic particles (SEPs) event on October 19th 1989 is predicted. Based on these charging rates, we calculated the acceleration noise and stiffness associated with charging. We also compared the acceleration noises arising from Coulomb and Lorentz effects using different discharge characteristics. Although the noise due to charging exceeds the ASTROD I budget for the two events at 0.5 AU, it can be suppressed through continuous discharging. In addition to Monte Carlo uncertainty, an error of ±30% in the net charging rates was added to account for uncertainties in the primaries spectra, physics and geometry models.     

卫星推进系统检漏多余物控制分析

卫星推进系统每个检漏阶段均需要充入气体进行检漏,充气过程是推进系统内部多余物控制的重点。文章梳理了卫星推进系统检漏充气过程多余物控制的要素,通过大量基础试验得到了详细的试验数据,在此基础上分析多余物控制的各个环节,总结出具有针对性的多余物控制方法。该研究可以广泛应用于各类航天器推进系统的多余物控制。     

卫星推进分系统发动机螺接头漏率变化规律试验研究

密封并充压后的球头-锥面螺接密封结构的漏率不稳定。文章采用卫星推进分系统管路的模拟件,通过搭建试验平台对发动机螺接头加压后的漏率变化规律进行研究。试验结果表明,螺接头漏率随时间呈现4种变化趋势,但漏率值最终均趋于稳定,同时对其中的影响因素进行了分析。     

影响GEO卫星长寿命高可靠的空间环境因素及其评估、验证和保障技术研究

文章叙述了空间环境与卫星长寿命高可靠的关系,着重分析了影响GEO卫星长寿命高可靠的各种空间环境效应,如:地磁亚暴电子造成的卫星表面带电及诱导的二次放电、辐射带高能电子引起卫星内带电、太阳耀斑质子和银河宇宙射线造成的单粒子效应、空间带电粒子和太阳电磁辐照造成的辐照总剂量效应以及空间环境下敏感表面的污染效应等.文章最后给出GEO卫星空间环境效应的评估、验证和保障技术研究的必要性及其主要研究方向.     

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。
     

Accomplishment of multi-utility spacecraft charging analysis tool (MUSCAT) and its future evolution

(MUSCAT) is a high value computation tool for analyzing spacecraft–plasma interaction, whose typical example is charging–arcing issue, corresponding to spacecrafts in LEO, GEO and PEO. JAXA and Kyushu Institute of Technology (KIT) started the development as a joint project in November 2004 and the final version of MUSCAT was released in March 2007. The final version includes many important features to simulate spacecraft–plasma interaction and the features can be separated into four parts. The first part is its GUI named “Vineyard”. By using Vineyard, MUSCAT users can build a satellite model including not only its geometry but also material properties of the surface. As for the second part, MUSCAT includes many kinds of effects derived from space plasma environment as well as electrical functions of spacecraft. For the third part, MUSCAT can work on parallel workstation with multi-CPU. The last feature is that the computation result by MUSCAT was thoroughly validated by experiments in plasma chamber. The numerical result shows very good agreement with the code validation experiment. We also conducted trial computation of charging analysis on Greenhouse gases Observing Satellite (GOSAT) with MUSCAT. One purpose of the computation was prediction of charging status of GOSAT for the real satellite design in combination with the ground test. The other is performance assessment of MUSCAT. After the joint project, expansion and maintenance of MUSCAT will be carried out by “MUSCAT Space Engineering Ltd” which is a new enterprise made of the development team. In future we will try to conduct MUSCAT computation for various spacecrafts and also try to add useful function such as 3D CAD compatibility.     

用于深层充电评估的卫星介质电导率测量技术研究

准确测量得到卫星介质材料的电导率对于卫星深层充电危害评估具有重要意义。在电荷贮存衰减法的基础上,文章提出了一种获得介质材料暗电导率和辐射诱导电导率的试验测量和数值计算方法,即采用90Sr-90Y β放射源,在温度为20 ℃、束流密度为5 pA/cm2的条件下对卫星常用的聚酰亚胺材料进行辐照试验,通过测得的材料表面电位随时间的变化曲线,拟合得到材料的暗电导率和辐射诱导电导率。该方法已在某卫星产品的充电评估中得到应用,计算结果与模拟试验结果符合较好。