我国航天器带电技术研究进展

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1、第29卷第5期航天器环境工程2012年10月SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING473我国航天器带电技术研究进展123王立，冯伟泉，李凯（1.钱学森空间技术实验室，北京100094；2.北京卫星环境工程研究所，北京100094；3.兰州空间技术物理研究所，兰州730000）摘要：航天器与空间带电粒子环境相互作用引起的带电现象是其在轨发生故障和异常的重要因素。近年来，随着航天器性能的提升和技术发展，航天器带电技术研究的范围也大大扩展。文章简要回顾了我国航天器带电技术发展的历史，并从理论研究、地面模拟试验、数值模拟和带电防护等方面介绍国内航天

2、器带电技术研究的进展。关键词：航天器带电；模拟设备；地面试验研究；数值模拟；带电防护；综述中图分类号：O46;V524.3文献标识码：A文章编号：1673-1379(2012)05-0473-06DOI:10.3969/j.issn.1673-1379.2012.05.0010引言也受到设计师关注。近年来，与航天器高压太阳电池阵二次放电和内带电相关的带电技术研究得到航天器带电是航天器与空间环境相互作用引充分重视，并已在理论研究、试验技术及防护方法起的重要效应之一，它包括由于空间带电粒子与航等方面取得进展。天器相互作用引起的净电荷积累、静电电位形成以本文从理论研究、地

3、面模拟试验、数值模拟以及静电放电发生的过程。航天器带电的主要影响是及防护技术几个方面对我国航天器带电技术研究由其引起的空间静电放电（SESD）所诱发的电气进展进行概要介绍。开关异常、系统失效和潜在的材料损伤，从而影响航天器的可靠性及寿命。航天器带电技术研究对于1航天器带电理论研究保证航天器在轨高可靠稳定运行具有重要的意义。为有效防护航天器带电危害，首先应在地面通20世纪70年代末，在地球同步轨道通信卫星过试验等手段，充分掌握航天器带电现象发生的机研制过程中，中国空间技术研究院组织相关研究机理及其规律。目前航天器带电理论研究重点集中在构系统开展航天器带电技术研究，建立

4、了地磁亚暴表面带电机理、静电放电脉冲发生的规律及其耦合环境模拟试验装置，在航天器表面带电机理研究、途径、航天器内带电物理过程分析等方面。介质材料充放电特性评价、静电放电试验和表面带1.1航天器带电机理研究电防护技术等方面开展研究。至20世纪90年代，已初步掌握了航天器表面带电试验及防护的基本航天器在轨运行期间，其表面介质材料与空间方法并应用于卫星研制工程。粒子相互作用时，就材料本身而言，如果射出电荷20世纪末期，随着航天器高压太阳电池阵（母数与入射电荷数不同，即材料表面的电荷平衡被破线电压达到或超过100V）的使用，国际多颗GEO坏时，将发生表面带电；另外，如果带电

5、粒子能量航天器GaAs高压太阳电池阵相继发生SESD事件，足够高时，将穿透介质表面而使材料内部带电。一造成电源输出功率严重损失，由二次放电引起的般非光照条件下，空间材料表面通常累积电子而带GEO高压太阳电池阵功率损失成为空间电源设计负电。导致表面带电的电子能量范围为1keV至几者关注的问题。同时，随着集成度更高的电子器件十keV；能使材料内部带电的电子能量在几百keV～在航天器上的使用，其对空间静电放电更为敏感，2MeV范围。由空间高能电子引起的航天器内带电现象通过材料选择可以减小表面带电或不等量带————————————收稿日期：2012-09-17；修回日期：2

6、012-09-24作者简介：王立（1966—），男，研究员，博士生导师，长期从事航天器空间环境效应及其防护技术研究。E-mail:wangli@cast.cn。474航天器环境工程第29卷电，以减少航天器带电造成的危害；而对材料进行击穿并形成放电通道，放电造成的电弧扩散伴随大充放电特性测试与评价是材料选择的重要依据。星量的电荷迁移，其对卫星的破坏机理及破坏程度是用材料的带电特性如表面电位、充放电速率等取决大不相同的，与使用的材料、接地方式及电弧传导于材料本身的一些特性，主要有介质电导率、介质途径等诸多因素有关。对放电脉冲的分析不能用样厚度、介电常数、二次电子发射系数

7、、光电子发射品系统的储能或静电场去估计，而只能用放电瞬间系数等。材料表面状况及接地方式也是影响材料带的电场和磁场传输的能量去衡量。一般认为用ESD[1-3]电特性的重要因素。在高能电子辐照下，大部脉冲的场强、频率特性及一次放电能量来表征空间分介质材料的电导率显著增加，增加的这部分电导材料的表面静电放电特性更为合理。因此，对空间率即辐射诱导电导率（RIC）是高能电子与介质材材料的放电特性进行全面分析研究，从中可得到许料相互作用的结果。RIC在决定内带电程度、判断多有益于卫星防带电设计的数据和结论。[4]是否发生内部放电中起着重要的作用。2地面模拟试验装置通过提高热