某型号卫星磁性分析与控制

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1、第27卷第6期航天器环境工程20lO年12月SPACECRAFTENVIR()NMENTENGINEERING731某型号卫星磁性分析与控制肖琦，易忠，史尧宜(北京卫星环境工程研究所，北京100094)摘要：某型号卫星的有效载荷之一高能望远镜对磁场敏感，因此在设计阶段即需分析卫星在轨时载荷所处的磁场环境，并尽可能提高载荷的抗磁场干扰能力。文章根据卫星的构型，对整星的磁场分布进行了计算：对载荷的抗磁场干扰能力进行了测试；对载荷的磁屏蔽方案进行了仿真与测试；分析了抗磁场干扰设计对整星磁性控制的影响，证明卫星可以满足总磁矩不大于5．0A·m2的姿

2、态控制要求。关键词：磁性；磁场；磁控制；磁屏蔽中图分类号：TM936；V416。5文献标识码：A文章编号：1673-1379(2010)06-0731—04DOI：10．3969巧．issn．1673—1379．2010．06．0140前言高能望远镜是某型号卫星的主要载荷之一，它由18套铍窗复合晶体探测器组成，每个探测器单体的光输出用一个光电倍增管(PMT)收集。外磁场会影响PMT中光电子的运动轨迹，使得PMT增益发生变化，从而引起脉冲幅度和本底计数的变化，最终降低望远镜的能蹭测量精度和观测灵敏度。为保证高能望远镜在轨正常T作，并尽可能地提

3、高测量精度和灵敏度，一是需要控制高能望远镜所处位置的磁场强度，主要是在卫星布局设计时，让高能望远镜远离磁力矩器和磁性较大的部组件；二是需要对高能望远镜的探测器单体用磁屏蔽罩进行屏蔽，从而减小PMT位置处的磁感应强度，提高望远镜抗磁场干扰能力。因此在卫星研制阶段，需要开展以下磁性分析与控制工作：一是卫星布局设计完成后，分析卫星在轨时高能望远镜所处的磁场环境，尤其是可能达到的最大磁场强度；二是对高能望远镜抗磁场干扰能力进行测试，同时分析磁屏蔽方案，优化磁屏蔽效果，使望远镜在最恶劣的轨道磁场环境下正常工作；三是评估磁屏蔽罩产生的感应磁场和感应磁矩

4、，确保小带来其他负面影响。1卫星磁性分析1．1磁力矩器工作时产生的磁场计算某卫星的磁力矩器三组正交，安装在承力筒内部，并尽量远离高能望远镜。每个磁力矩器长800mm，直径2811111"1，磁矩值200A．m2。为估计最大磁场强度，计算3个磁力矩器同时工作时的磁场分布情况¨】。图l为磁力矩器计算模型。图2为磁场分布计算结果，图中磁感应强度单位为T(11"--104Gs)，虚影部分为卫星本体。计算结果表明：磁力矩器产生的磁场在卫星本体内部大部分区域都大于1Gs，由于高能望远镜距离磁力矩器较远，磁力矩器在望远镜探测器磁屏蔽罩下端面位置产生的磁场

5、最大值为0．23Gs，在磁屏蔽罩上端面位置产生的磁场最大值为0．12Gs。图1磁力矩器计算模型Fig．1Modelofmagnetorquer图2卫星f0甲面磁场分布Fig．2B—Fielddistributioninx=0plane收稿日期：2010．07．19；修回日期：2010—07．27基金项目：航天科技基金资助项目作者简介：肖琦(1977一)，男，主要从事航天器空间磁环境试验研究。E．mail：xiaoqi@tsinghua．org．cn。732航天器环境工程第27卷1．2卫星本体静态磁场计算主要分析卫星本体在探测器位置处产生的磁

6、场强度。太阳电池板驱动机构和蓄电池组产生的磁场值最大，用偶极子法计算得到两个太阳电池板驱动机构在探测器下端面产生的场值约为O．03Gs，蓄电池组产生的场值约为0．0lGs。对其余磁性较大、距离较近的部组件建模计算磁场分布12。】，结果如图3所示，磁场强度约为O．01Gs。因此卫星本体的静态磁场在探测器位置处最大约为0．05Gs，量值相对较小。图3探测器1"-端面磁场分布(z=．2070)Fig．3z=一2070B-Fielddistribution1．3电缆网、太阳电池阵等工作电流产生的磁场分析卫星太阳电池阵为平板式，只要采取一般的磁控措施

7、，如主要电缆采用多绞的方式，电流回路面积尽量小等，在距离lm以外的探测器位置产生的磁场则非常小∽】。电缆网未进行详细设计，不做建模计算。根据其他型号卫星磁场实测数据和探测器安装位置，可以估计在探测器位置卫星工作时产生的杂散磁场不大于0．3Gs。1．4卫星在轨磁场分析卫星设计轨道高度为550km，倾角为450，根据IGRF2000地磁场模型，在轨道上除南大西洋异常区(北纬100～南纬60。、东经200～西经1000，高能望远镜在此区域一般不工作)之外的地磁场强度为0．22～0．49Gs。卫星在轨运行时，高能望远镜探测器位置处的环境磁场由地磁场

8、、磁力矩器产生的磁场、卫星本体静态磁场和卫星工作时产生的杂散磁场叠加而成。将以上类型的磁场值相加，可以确定探测器所处磁环境的磁场合量最大不超过0．9Gs，平均磁场强度控制在O．5