低地球轨道航天器表面计算仿真-论文.pdf

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1、第31卷第9期计算机仿真2014年9月文章编号：1006—9348(2014)09-0038-04低地球轨道航天器表面计算仿真张国荣，柯建新，许滨(1．厦门警备区保障部装备维修科，福建厦门361000；2．工程兵学院，江苏徐州221000)摘要：现代战争中航天器发挥着越来越重要的作用，同时航天器表面带电造成的危害也越来越明显。利用航天器与等离子体相互作用系统软件SPIS，采用PIC粒子分室法模拟计算了低轨道航天器表面及周围等离子体电位分布，航天器表面电子、离子及二次电子电荷密度分布，总结了航天器表面充电特性规律。结果表明：由于

2、等离子体温度低、浓度高，航天器表面带电的电位较低；航天器运动方向前方，等离子体电位较高，在航天器运动方向背侧，等离子体电位较低；航天器周围的等离子体环境受尾迹效应的影响显著。仿真结果为航天器表面带电问题研究及航天器表面带电防护技术提供了技术参考。关键词：航天器；表面带电；模拟计算中图分类号：、，448．25+3文献标识码：BSimulationofLowEarthOrbitSpacecraftSurfaceChargingZHANGGuo—rong，KEJian-xin，XUBin，JIYu—de(1．GuaranteeDep

3、artmentMaintenanceOficesofXiamenGarrisonCommand，XiamenFujian361000，China；2．CollegeofEngineerCorps，XuzhouJiangsu221000，China)ABSTRACT：Spacecraftplaysmoreandmoreimportantroleinmodernwars，whiletheharmcausedbythespacecraftsurfacechargingbecomesmoreandmoreevident．Thepote

4、ntialdistributionofspacecraftandthesurroundingplasma，thedensitydistributionofelectrons，ionsandsecondaryelectrononLEOweresimulatedbyspacecraftplasmainterac—tionsystem(SPIS)softwareandparticleincell(PIC)method．TheLEOspacecraftsurfacechargingcharacteristicrulesweresumm

5、arized．Theresultsshowthatthechargingpotentialislowbecausethetemperatureoftheplasmaislowandthedensityishigh，theplasmapotentialinfrontofthespacecraftishigherandthatofbehindthespacecraftislowerbymovingdirection，theplasmasurroundthespacecraftisinfluencedbywakeeffectevid

6、ently．Thesimula—tionresuhscanprovideatechnologyreferenceforspacecraftsurfacechargingresearchandprotection．KEYWORDS：Spacecraft；Surfacecharging；Simulationcalculation1引言航天器安全运行的要求，为航天器带电防护技术提供技术参航天器的发展及其在军事上的应用，已经对现代战争产考。生了深远的影响。美国在海湾战争中动用70余颗卫星，在科索沃战争和阿富汗战争动用50多颗卫星，为空

7、中、海上和2理论建模地面武器装备及作战人员提供全方位的信息支援和保障；我2．1航天器表面电流平衡方程国航天事业发展迅猛，“神舟”载人航天计划、探月工程、多用运行于等离子体环境的航天器，通过表面充电过程，使途卫星、大运及特种飞机等空间应用技术不断提升。但是，航天器与周围等离子体达到电平衡，即整个航天系统和独立国内外航天器在低地球轨道运行过程中因表面带电导致的的绝缘表面净电流为零。该平衡条件决定了航天器相对于多起软、硬故障，严重影响了航天器的正常工作。周围等离子体的表面电位。航天器外表面由导体和绝缘材计算机模拟就是用专门的航天器表

8、面充电软件模拟航料组成。对导电表面而言，是整体达到电平衡；而对于绝缘天器和空间环境间的相互作用。先对航天器结构进行简化，材料，局部达到电平衡。在平衡建立过程中，所有自然环境选取合适的轨道环境，然后用相应的充电软件进行数值模因素都需要考虑，同时还要考虑运动感生电位、航天器自身拟