本发明专利技术涉及一种基于紫外LED的表面充电防护方法，属于微电子技术领域、空间辐射技术领域。计算航天器表面材料的光电流与入射光频率和功率的关系；首先获取航天器表面材料的光电子发射系数，建立光电流与入射光光谱辐照度的关系；(2)根据步骤(1)得到的光电流与入射光光谱辐照度的关系，选择一种合适的入射光频率；计算航天器表面材料在轨充电电流密度I；计算足以抵消充电电流所需的入射光功率，令J＝I，得到p(λ)。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于紫外LED的表面充电防护方法，属于微电子
、空间 辐射
技术介绍
空间中的热等离子体与航天器表面材料相互作用会导致表面充放电效应，充电电 流源包括充电电子电流、充电质子电流、二次电子电流、背散射电子电流、光生电子电流、相 邻表面由于电阻电容电感差别导致的电流、卫星主动发射的电子或离子电流等。当所有的 电流源达到平衡，即总的充电电流等于零的时候，卫星达到最终的充电电位。上述电流源除 了与空间等离子体环境有关外，还与表面材料特性相关。因此，不同材料之间可能会存在充 电电位差，这通常被称为相对带电。当航天器相邻表面的相对带电过高时会引发放电，由此 产生的电磁脉冲会干扰航天器的正常运行。 为缓解表面充放电效应对航天器的影响，世界各国针对卫星表面带电防护技术开 展了大量的研宄工作，其中被动防护技术主要是控制表面材料的电阻率、接地、屏蔽和滤波 等，但是，对于一些特殊材料，由于工程应用的限制，无法进行被动防护，这时也可采用主动 防护技术。目前的主动防护技术主要有电子发射法、离子回收法或两者相结合的发射等离 子体法。电子发射法，是利用场致发射的原理，通过一定装置将电子从航天器地发射至空 间，原理类似于避雷针；离子回收法，主要用于带负电的航天器电位控制，较高的负电位可 以使发射的离子通过库伦作用返回航天器表面，中和表面的负电位；等离子体发射法，顾名 思义就是通过向外发射等离子体来控制电位，等离子体中既有负电荷也有正电荷，因此此 方法可以看成是电子发射法和离子回收法的综合。目前通常采用电推力器实现主动控制， 占用资源较大，设计复杂。 理论分析与在轨监测均表明，当航天器表面受到光照时，光子激发出大量光电子， 使其表面充电电位远远低于非光照区。因此，如果可以采用一种技术给航天器处于阴影区 的表面提供光照条件，则可以通过产生光电流调控航天器局部的带电环境，达到缓解航天 器表面充电的目的。
技术实现思路
本专利技术涉及一种基于紫外LED的表面充电防护方法，该方法能够在不改变航天器 表面设计的前提下，利用较低的能耗，缓解航天器表面带电效应。具体内容包括以下步骤： (1)计算航天器表面材料的光电流与入射光频率和功率的关系；首先获取航天器 表面材料的光电子发射系数，建立光电流与入射光光谱辐照度的关系：【主权项】1. 一种基于紫外LED的航天器表面充电防护方法，其特征在于步骤为： (1) 计算航天器表面材料的光电流与入射光光谱辐照度的关系，首先获取航天器表面 材料的光电子发射系数，建立光电流与入射光光谱辐照度关系：其中Jph为光电流，单位为A/m2, f ( λ )为光电子产额，量纲为电子数/光子；p ( λ )为波 长为λ的太阳光谱辐照度平均值，单位为W?nT2 为元电荷的电量，等于1.6 X KT19 库出为普朗克常量，6.626\1〇-34了，8;(：为光速，3\108111/8 ; (2) 根据步骤（1)得到的光电流与入射光光谱辐照度的关系，选择一种合适的入射光 频率，此时，光电流J与入射光光谱辐照度的关系为(3) 计算航天器表面材料在轨充电电流密度I : I = Ie (V)- 其中、为注入电子流，I E(V)表明注入电子流为与航天器表面电位有关的函数； I1S注入离子流，I JV)表明注入离子流为与航天器表面电位有关的函数； Ise为来自电子的二次电子流，ISE (V)表明来自电子的二次电子流为与航天器表面电位 有关的函数； Isi为来自注入离子流的二次电子流，ISI(V)表明来自离子的二次电子流为与航天器表 面电位有关的函数； Ibse为来自注入电子流的背散射电子流，IBSE (V)表明来自注入电子流的背散射电子流 为与航天器表面电位有关的函数； 地球空间的等离子体可用单麦克斯韦一波尔兹曼分布来描述。麦克斯韦一波尔兹曼分 布Fi按下述公式计算。式中： Fi(V) 一一第i种粒子的分布函数； Iii--第i种粒子的数密度，πΓ3; Ini--第i种粒子的质量，kg ; k--波尔兹曼常数，1. 38 X KT23J · Γ1; Ti一一第i种粒子的温度，K ; V--速度，m/s〇 根据麦克斯韦方程，应该有：其中：Im= KsEIE，KsA电子的二次电子发射系数； Im= K S1Ip 1^为离子的二次电子发射系数； 1BSE= K bseIe，Kbse为背散射电子系数； (4) 根据（1)、（2)和（3)的结果，计算抵消充电电流所需的入射光功率，令J= I，得到 ρ(λ)； (5) 设计LED阵列及光纤耦合系统。【专利摘要】本专利技术涉及一种基于紫外LED的表面充电防护方法，属于微电子
、空间辐射
计算航天器表面材料的光电流与入射光频率和功率的关系；首先获取航天器表面材料的光电子发射系数，建立光电流与入射光光谱辐照度的关系；(2)根据步骤(1)得到的光电流与入射光光谱辐照度的关系，选择一种合适的入射光频率；计算航天器表面材料在轨充电电流密度I；计算足以抵消充电电流所需的入射光功率，令J＝I，得到p(λ)。【IPC分类】G06F19-00【公开号】CN104732094【申请号】CN201510145191【专利技术人】盛丽艳, 李衍存, 蔡震波 【申请人】北京空间飞行器总体设计部【公开日】2015年6月24日【申请日】2015年3月30日本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于紫外LED的航天器表面充电防护方法，其特征在于步骤为：(1)计算航天器表面材料的光电流与入射光光谱辐照度的关系，首先获取航天器表面材料的光电子发射系数，建立光电流与入射光光谱辐照度关系：Jph=ehc∫0.010.24p(λ)f(λ)λdλ]]>其中Jph为光电流，单位为A/m2，f(λ)为光电子产额，量纲为电子数/光子；p(λ)为波长为λ的太阳光谱辐照度平均值，单位为W·m‑2·μm‑1；e为元电荷的电量，等于1.6×10‑19库；h为普朗克常量，6.626×10‑34J·s；c为光速，3×108m/s；(2)根据步骤(1)得到的光电流与入射光光谱辐照度的关系，选择一种合适的入射光频率，此时，光电流J与入射光光谱辐照度的关系为ep(λ)hc/λf(λ)=J]]>(3)计算航天器表面材料在轨充电电流密度I：I＝IE(V)‑[II(V)+ISE(V)+ISI(V)+IBSE(V)]其中IE为注入电子流,IE(V)表明注入电子流为与航天器表面电位有关的函数；II为注入离子流,II(V)表明注入离子流为与航天器表面电位有关的函数；ISE为来自电子的二次电子流,ISE(V)表明来自电子的二次电子流为与航天器表面电位有关的函数；ISI为来自注入离子流的二次电子流，ISI(V)表明来自离子的二次电子流为与航天器表面电位有关的函数；IBSE为来自注入电子流的背散射电子流,IBSE(V)表明来自注入电子流的背散射电子流为与航天器表面电位有关的函数；地球空间的等离子体可用单麦克斯韦－波尔兹曼分布来描述。麦克斯韦－波尔兹曼分布Fi按下述公式计算。Fi(v)=ni(mi2πkTi)3/2exp(-miv22kTi)]]>式中：Fi(V)——第i种粒子的分布函数；ni——第i种粒子的数密度，m‑3；mi——第i种粒子的质量，kg；k——波尔兹曼常数，1.38×10‑23J·K‑1；Ti——第i种粒子的温度，K；v——速度，m/s。根据麦克斯韦方程，应该有：IE=IEOexp(qVkTE),II=IIO[1-qVkT1]]]>其中：IEO=qNE2·(2kTEπmE)1/2,IIO=qNI2·(2kTIπmI)1/2]]>ISE＝KsEIE，KSE为电子的二次电子发射系数；ISI＝KsIII，KSI为离子的二次电子发射系数；IBSE＝KBSEIE，KBSE为背散射电子系数；(4)根据(1)、(2)和(3)的结果，计算抵消充电电流所需的入射光功率，令J＝I，得到p(λ)；(5)设计LED阵列及光纤耦合系统。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：盛丽艳，李衍存，蔡震波，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京;11
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