航天器介質(zhì)材料深層充放電效應(yīng)模擬分析研究.pdf

1、在軌航天器運(yùn)行時(shí)會(huì)受到高能帶電粒子的作用而引起空間輻射效應(yīng)，其中，深層介質(zhì)充放電是最具威脅的效應(yīng)之一。高能粒子進(jìn)入到材料深部，引起充放電過(guò)程，會(huì)產(chǎn)生直接的器件損傷，同時(shí)充放電過(guò)程中產(chǎn)生的放電電磁脈沖會(huì)干擾航天器電子系統(tǒng)的正常工作。對(duì)航天器介質(zhì)深層充放電的研究，不僅是我國(guó)航天活動(dòng)深入發(fā)展的保障，而且是我國(guó)航天器長(zhǎng)壽命和高可靠性發(fā)展趨勢(shì)的要求所在。
　　首先，本文系統(tǒng)性地研究了航天器在軌運(yùn)行時(shí)的空間環(huán)境因素以及可能產(chǎn)生的輻射效應(yīng)，并作

2、為后續(xù)研究的基礎(chǔ)。其次介紹了航天器所處的軌道及其軌道下的高能輻射粒子分布，基于FLUMIC建立了外輻射帶高能電子模型，得到了地球同步軌道最惡劣高能電子環(huán)境通量水平及能譜分布。
　　其次，分別使用經(jīng)驗(yàn)公式和Geant4模擬了衛(wèi)星典型材料內(nèi)部電子輸運(yùn)過(guò)程及能量分布，進(jìn)而建立RIC解析模型求解了背面接地時(shí)介質(zhì)材料內(nèi)電場(chǎng)分布，改變了材料的參數(shù)，分析了介質(zhì)材料的性能對(duì)其深層帶電的影響。研究表明：材料密度對(duì)深層帶電影響不大；本征電導(dǎo)率影響很大

3、，當(dāng)本征電導(dǎo)率高于10<'-14>Ω-1Μ-1時(shí)，不易發(fā)生介質(zhì)深層帶電問(wèn)題；針對(duì)TEFLON這種材料厚度大于等于5mm時(shí)，裸露在GEO軌道上，最大電場(chǎng)能達(dá)到7.8×107V/m，可能會(huì)出現(xiàn)擊穿。
　　最后，根據(jù)深層充電的模式及形成電場(chǎng)的特點(diǎn)，研究了其放電機(jī)制，利用FDTD求解麥克斯韋方程組的方法，求解了特定電流脈沖下產(chǎn)生的電磁脈沖，研究了放電過(guò)程中產(chǎn)生的電磁輻射的時(shí)間結(jié)構(gòu)和功率譜結(jié)構(gòu)，為進(jìn)行材料內(nèi)帶電效應(yīng)評(píng)價(jià)和防護(hù)效應(yīng)研究提供了依