基于空間充放電效應的航天器功率傳輸結(jié)構電場特性研究.pdf

1、航天器運行于空間環(huán)境中，將遭遇多種空間環(huán)境因素的影響，其中具有重要影響的是空間帶電粒子，由此產(chǎn)生的空間充放電效應是造成衛(wèi)星故障的重要原因之一。功率傳輸結(jié)構作為衛(wèi)星能源系統(tǒng)重要部件，極易成為充放電效應侵害的對象，其一旦故障，則整星失效。近年來，隨著高電壓大功率航天器能源系統(tǒng)的廣泛應用，對能源系統(tǒng)的設計、制造及防護要求也日益提高。本文針對功率傳輸結(jié)構的充放電效應問題，采用數(shù)值模擬及實驗研究相結(jié)合的方法，從材料級和結(jié)構件級兩個方面展開研究，并

2、在設計制造及防護方面提出優(yōu)化措施。
　　空間充放電效應的本質(zhì)是空間帶電粒子與航天器材料之間的相互作用。本文基于帶電粒子衰減機理及蒙特卡羅統(tǒng)計方法，針對功率傳輸結(jié)構常用材料-鋁和聚酰亞胺，采用GEANT4等粒子輸運模擬軟件，對帶電粒子在材料中的輸運特性、沉積特性及能量衰減情況等進行了模擬分析，并基于深層充電模型及輻射誘導電導率模型等經(jīng)驗公式，對材料內(nèi)輻射誘導電導率特性及電場分布特性進行了理論分析。
　　航天器功率傳輸結(jié)構復雜，

3、包括高功率導電環(huán)組件及絕緣介質(zhì)材料，存在較大充放電效應風險。本文針對功率傳輸通道簡化結(jié)構，采用基于GEANT4的二次開發(fā)軟件，模擬了電子束輻射下結(jié)構內(nèi)電場特性分布，并分析了入射粒子能量、結(jié)構件自身幾何參數(shù)等因素對充電結(jié)果的影響;后搭建深層充電實驗平臺，采用電子束輻射功率傳輸結(jié)構表面，在接地、接高壓及懸浮等三種不同工況下對絕緣材料表面充電電位進行測量，分析表面充電電位隨輻射時間的變化規(guī)律，并驗證幾何參數(shù)對充電結(jié)果的影響。
　　研究結(jié)