同步轨道航天器介质内带电风险评估方法、系统及终端技术方案

本发明专利技术属于航天器介质内带电防护技术领域，公开了一种同步轨道航天器介质内带电风险评估方法、系统及终端，构建地球同步轨道(GEO)环境电子通量模型；进行介质电子辐射过程的模拟；求出GEO环境电子辐射下介质在不同屏蔽下的内电荷沉积速率和剂量率这两个关键因素；构建三维电荷输运模型，再结合工作电压以及试样的接地方式构建对应的三维电荷输运模型方程组；接着，采用有限元方法求解对应的三维电荷输运方程组即可得到对应工况下的介质的内电场强度分布；评判在对应的工况下是否存在静电放电风险；得到不存在静电放电风险的最优的屏蔽设计方案。从而为航天器屏蔽设计、优化及航天器介质的掺杂改性提供可行的计算验证方法。天器介质的掺杂改性提供可行的计算验证方法。天器介质的掺杂改性提供可行的计算验证方法。

【技术实现步骤摘要】
同步轨道航天器介质内带电风险评估方法、系统及终端


[0001]本专利技术属于航天器介质内带电防护
，尤其涉及一种同步轨道航天器介质内带电风险评估方法、系统及终端。

技术介绍

[0002]目前，空间环境中高能电子与航天器介质相互作用会引发介质内带电问题。介质内带电会导致聚合物介质绝缘劣化，甚至绝缘失效；同时由于介质内带电产生的静电放电脉冲还会造成航天器敏感电子器件工作异常或损坏，严重威胁航天器的运行安全。随着大功率、高电压航天器的发展，对介质材料的抗内带电性能提出了更高的要求。当前介质深层充放电问题的研究主要是采用数值计算的方法，首先模拟设定辐射环境下高能电子与介质的相互作用过程，获得介质内的电荷沉积速率和剂量率等数据；再基于介质内部电荷输运模型求解方程组来计算对应辐射时间下介质中电场强度分布；最后通过比对介质内电场强度最大值与介质静电放电击穿阈值来评估试样在设定辐射条件下是否会产生静电放电问题。从而进一步指导航天器的屏蔽设计，根据计算结果选取最优的屏蔽厚度来进行介质深层充放电的防护。
[0003]但是当前缺乏高能电子辐射与高工作电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同步轨道航天器介质内带电风险评估方法，其特征在于，同步轨道航天器介质内带电风险评估方法包括：构建地球同步轨道环境电子通量模型，再将地球同步轨道环境电子通量模型计算出的GEO电子通量引入到Geant4中进行介质电子辐射过程的模拟，综合考虑屏蔽因素求出GEO环境电子辐射下介质在不同屏蔽下的内电荷沉积速率和剂量率的关键因素；根据介质的介电参数测定，构建三维电荷输运模型，再结合工作电压以及试样的接地方式构建不同的三维电荷输运模型方程组；采用有限元方法求解对应的三维电荷输运方程组得到对应工况下的介质内电场强度分布；将内电场强度最大值与介质的击穿强场相比较，评判在对应的工况下是否存在静电放电风险。2.如权利要求1所述的同步轨道航天器介质内带电风险评估方法，其特征在于，同步轨道航天器介质内带电风险评估方法包括以下步骤：步骤一，地球同步轨道环境电子通量模型构建；步骤二，电子辐射下介质内电场计算模型构建；步骤三，电子辐射下介质静电放电风险评估。3.如权利要求2所述的同步轨道航天器介质内带电风险评估方法，其特征在于，步骤一中的地球同步轨道环境电子通量模型构建包括：采用FLUMIC3(Flux Model for Internal Charging)模型来构建同步轨道的电子通量环境：FLUMIC能谱模型中的外辐射带模型如下：将太阳周期和年变化考虑在内，外辐射带L>2.5，电子通量将是fsc、foy、L与E的函数：关于太阳周期的函数：式中，fsc代表太阳活动周期的归一化值，在太阳活动最小年为0；关于季节的函数：式中，foy代表日期在一年中的归一化值，1月1日为零起点；关于能量的函数：F(>E)＝F(>2MeV)
×
exp[(2
‑
E)/E0]；其中，关于L的函数：式中，L是到地球地心的距离。4.如权利要求2所述的同步轨道航天器介质内带电风险评估方法，其特征在于，步骤二中的电子辐射下介质内电场计算模型构建包括：
(1)电子辐射过程模拟：采用基于Geant4开发的电子辐射程序模拟高能电子与试样的作用过程；(2)电子辐射下介质内电场计算过程：包括介质内电荷输运方程构建以及介质内电场计算。5.如权利要求4所述的同步轨道航天器介质内带电风险评估方法，其特征在于，步骤(1)中的电子辐射过程模拟包括：1)在Geant4中构建对应的试样模型及屏蔽层模型；2)构建电子辐射源模型，并计算相关辐射参数；通过FLUMIC3模型计算出的结果为GEO环境下电子的积分通量，将电子积分通量换算到垂直方向，分析时设定电子为垂直试样平面入射；电子源设定为一半径为6cm的圆形平面源，置于试样左侧20cm处，由左至右垂直于试样表面入射，同时设定电子为能谱抽样方式发射；模拟入射电子个数为3
×
106个；3)计算结果处理在Geant4中计算完成后，得到的是统计出的的电荷沉积数E
n
和能量沉积E
g
需要将其换算成设定电子束流密度下的电荷沉积速率ρ
d
和剂量率换算方法如下：当入射电子个数为N；入射电子束流密度为J0，A/m2，电子源面积为A0，m2；那么虚拟辐射时间T为：其中，e
q
为电子电荷量，设定为1.6
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10
‑
19
C；对应到实际束流下介质内的电荷沉积速率为：介质内的剂量率为：步骤(2)中的电子辐射下介质内电场计算过程包括：1)介质内电荷输运方程构建介质内部的电荷输运方程组如下：电荷输运方程组从上到下依次为泊松方程、电流连续性方程和欧姆定律；其中，E为电场强度，单位V/m；ρ
s
为介质内的净电荷密度，单位C/m3；ε为介质的介电常数，单位F/m；J为净电流密度，单位A/m2；ρ
d
为介质内电荷沉积速率，单位C/m3·
s；δ
E
为与电场相关的电导率，单位S/m；
基于改性试样的非线性电导特性测定数据；依据实测的电导率数据，按照电场强度的大小...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚鹏辉，马雪娟，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：