航天器介质材料深层充放电效应模拟分析研究

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1、中图分类号：V520.6R144.1论文编号：102871515－S029学科分类号：082504硕士学位论文航天器介质材料深层充放电效应模拟分析研究研究生姓名强鹏学科、专业人机与环境工程（航天方向）研究方向空间环境与效应指导教师魏志勇教授南京航空航天大学研究生院航天学院二О一五年三月INanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAstronauticsAnalysisandresearchofdeepdielectriccharginganddischargingin

2、spacecraftAThesisinMan-MachineandEnvironmentalEngineeringbyAdvisedbySubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,2014II南京航空航天大学硕士学位论文承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证

3、书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：III航天器介质材料深层充放电效应模拟分析研究摘要在轨航天器运行时会受到高能带电粒子的作用而引起空间辐射效应，其中，深层介质充放电是最具威胁的效应之一。高能粒子进入到材料深部，引起充放电过程，会产生直接的器件损伤，同时充放电过程中产生的放电电磁脉冲会干扰航天器电子系统的正常工作。对航天器介质深层充放电的研究，不仅是我国航天活动深入发展的保障，而且是我国航天器长寿命和

4、高可靠性发展趋势的要求所在。首先，本文系统性地研究了航天器在轨运行时的空间环境因素以及可能产生的辐射效应，并作为后续研究的基础。其次介绍了航天器所处的轨道及其轨道下的高能辐射粒子分布，基于FLUMIC建立了外辐射带高能电子模型，得到了地球同步轨道最恶劣高能电子环境通量水平及能谱分布。其次，分别使用经验公式和Geant4模拟了卫星典型材料内部电子输运过程及能量分布，进而建立RIC解析模型求解了背面接地时介质材料内电场分布，改变了材料的参数，分析了介质材料的性能对其深层带电的影响。研究表明：材料密度对深层带电影响不大；本征电导率影响1411很大，当本征电导率高于1

5、0m时，不易发生介质深层带电问题；针对TEFLON这种材7料厚度大于等于5mm时，裸露在GEO轨道上，最大电场能达到7.8×10V/m，可能会出现击穿。最后，根据深层充电的模式及形成电场的特点，研究了其放电机制，利用FDTD求解麦克斯韦方程组的方法，求解了特定电流脉冲下产生的电磁脉冲，研究了放电过程中产生的电磁辐射的时间结构和功率谱结构，为进行材料内带电效应评价和防护效应研究提供了依据。关键字：介质深层充电；高能电子谱；内电场；放电；地球同步轨道。IVAbstractSpacecraftinorbitwillencounteravarietyofspaceenvi

6、ronmentbecauseoftheeffectsofthehigh-energychargedparticles.Amongthem,thedeepdielectriccharge-dischargeisoneofthemostthreateningeffects.Theprocessofchargeanddischargewillhaveadirectdamagetothedevices.Meanwhile,thedischargeelectromagneticpulsecaninterferethenormaloperationofelectronicsys

7、tems.Theresearchofdeepdischargenotonlycanimprovetheprotectionoftheviabilityofthespacecraftinthespaceenvironment,butalsocandevelopChinesespaceactivities.Firstly,toevaluatetheriskofdeepcharge,thefirstthingtoknowistheorbitthesatellitesinandtheworstelectronicenvironmenttheorbithas.Thepap