卫星表面放电效应模拟器研制

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1、第29卷第5期航天器环境工程2012年10月SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING561卫星表面放电效应模拟器研制高士峰，向宏文，张计业，蔡震波（北京空间飞行器总体设计部，北京100094）摘要：文章介绍了自行研制的卫星表面放电效应模拟器。根据模拟器基本原理和应实现的主要功能，提出了模拟器的技术指标和具体设计方案；研制了模拟器标定系统，并利用该标定系统对模拟器放电电压和放电电流脉冲特性进行了测试标定。结果表明所研制模拟器的放电特性符合卫星表面放电效应模拟试验的要求，可以用于表面放电效应评估。关键词：卫星；表面充放电；放

2、电枪；放电特性测试中图分类号：V416.5;V524.3文献标识码：B文章编号：1673-1379(2012)05-0561-05DOI：10.3969/j.issn.1673-1379.2012.05.0170引言1表面放电效应模拟器概述在中、高轨道运行的卫星，处于地球磁层的等1.1模拟器的功能离子体环境之中。等离子体与卫星表面材料相互作表面放电效应模拟器的主要功能是模拟由空用，会在卫星表面产生充放电，出现静电放电（ESD）间等离子体充电引起的卫星外表面放电现象以及效应。由此产生的电磁脉冲辐射环境，以考核卫星电子组根据国外卫星的在轨测量数据，

3、在某些恶劣空件、整星电子系统承受表面放电干扰的综合能力。间环境条件下，卫星表面充电负电位可高至上万模拟器需要产生符合试验要求的静电高压，输送到[1-2]伏。因此，在卫星的研制过程中，需要进行表具有一定间距的两个放电电极并产生静电放电，辐面放电效应模拟试验。射出电磁脉冲。在引起卫星表面充电效应的各种粒子源中，电表面放电效应模拟器主要用于卫星研制初样阶子起到重要作用。考虑磁层亚暴环境中等离子体电段电子设备组件级表面放电效应评估试验，以及初子与质子的能谱特性，并对充电的物理过程进行分样电性星整星级表面放电效应评估试验。[2]析，当航天器处于地影期时，

4、可以近似得到1.2模拟器的构成V≈-TE，(1)表面放电效应模拟器由放电枪（放电电极）、式中：V为卫星的表面充电电位；TE为空间等离子电源与控制机箱及连接电缆组成（见图1）。体中的电子温度。式(1)表明，卫星表面将被充电至电子温度量级的负电位。地磁亚暴时，TE可达1～10keV，因而卫星表面的充电电位可高达-10kV左右。图1表面放电效应模拟器设备组成示意为了模拟卫星表面放电效应，国内外航天机构Fig.1Thesurfacedischargeeffectsimulator进行了大量的相关试验研究，其中美国军用标准电源与控制机箱主要功能：模拟器的

5、供电电压MIL-STD-1541中规定放电发生器采用20kV放电电转换，放电电压、放电时间、放电频率的控制及显[3]压、80A放电峰值电流进行放电效应模拟试验。示，以及放电参数的标定调整。放电枪内置升压电————————————收稿日期：2012-04-10；修回日期：2012-07-26基金项目：国家重大科技专项工程作者简介：高士峰（1980—），男，硕士学位，从事航天器综合电子及其空间环境试验效应评价和监测设备研制等工作。联系电话：（010）68744586。562航天器环境工程第29卷路，可将脉冲高压输出至放电电极，产生放电电弧。可以随身

6、携带。放电间隙可调。12）分别在放电枪和控制箱上设置放电触发1.3模拟器的基本原理按钮。13）放电枪与控制箱连接电缆采用良好的屏蔽表面放电效应模拟器的基本原理如图2所示，设计。利用升压电路产生高电压对储能电容器充电，并将14）稳定运行8h，功能无变化，性能变化小此高电压通过放电电阻引至放电电极，产生放电脉冲。利用控制电子电路实现对放电电压、放电频率于10%。和放电时间的精确控制。15）具备标定后对放电电压、放电频率、单次触发连续放电时间的调整校准功能。3模拟器设计3.1电源与控制机箱电源与控制机箱完成表面放电效应模拟器的供电电压转换，放电电压、

7、放电频率和放电时间的图2表面放电效应模拟器基本原理框图设置及显示，放电触发控制脉冲的生成，以及放电Fig.2Theblockdiagramofsurfacedischargeeffectsimulator脉冲特性的控制。图3为电源与控制机箱的控制面2模拟器技术指标板，其上设置以下功能：1）2～20kV空气放电电压调节和显示；通过对卫星表面充放电效应特性进行研究，同2）1次/s、2次/s、3次/s三档放电频率调节和时调研国内外相关标准规范，结合卫星研制的实践显示；经验，提出卫星表面放电效应模拟器的主要技术指3）单次触发连续放电时间调节和显示；[2

8、-4]标如下：4）电源开关；1）空气放电电压为2～20kV可调、实时显示，5）放电触发按钮；且显示电压与实际电压的相对偏差≤5%。6）电池充电开关、电