Электростатические разряды на поверхности космических аппаратов и их воздействие на бортовую кабельную сеть

• Автор: Дорофеев, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 127 с. : ил.

Общая характеристика работы

Глава 1. Анализ литературных данных по вопросам электризации космических аппаратов (КА) и моделированию воздействия электростатических разрядов

(ЭСР) на работу бортовой радиоэлектронной аппаратуры (БРЭА) КА

1.1. Электризация космических аппаратов. Общие положения

1.2. Электростатические разряды на поверхности КА

1.3. Результаты лабораторного моделирования и летных испытаний.,,,

1.4. Электростатический разряд и его природа ??

1.5. Особенности ЭСР при радиационном заряжении

1.6. Воздействие ЭСР на работу БРЭА КА

1.7. Программное обеспечение для моделирования воздействия

космической среды на работу КА 3?

1.8. Выводы по главе
Глава 2. Электризация полимерных покрытий внешней поверхности КА на геостационарной орбите во время магнитной суббури
2.1. Электризация полимерных покрытий внешней поверхности КА
при их облучении электронами
2.2. Моделирование объемного заряжения полимерных покрытий КА на
геостационарной орбите во время магнитной суббури
2.3 Объемное заряжение полимеров потоком моноэнергетических
электронов
2.4. Выводы по главе
Глава 3. Разработка структурной электрофизической модели электризации

3.1. Введение
3.2. Моделирование картины растекания токов по поверхности КА с помощью электрических цепей из сосредоточенных элементов

3.3. Этапы построения СЭМ
3.4. Параметрическое моделирование элементов поверхности КА
3.5. Зависимость характеристик элементов СЭМ от параметров дискретизации геометрической модели КА
3.6. Выводы по главе
Глава 4. Разработка программного обеспечения СЭМ
4.1 Введение
4.2. Общая архитектура системы СЭМ электризации КА
4.3 Создание трехмерной модели КА и трансляция в эквивалентную электрическую схему
4.4. Визуализация картины растекания токов
4.5. Модуль расчета наводок в БКС космического аппарата
4.6. Методика моделирования ЭСР и расчета наводок в БКС конкретного КА
и результаты измерения этих наводок
4.6.1. Экспериментальная проверка результатов расчета наводок в
БКС конкретного КА
4.7. Выводы по главе
Общие выводы
Список литературы

Актуальность работы. Заряжение диэлектрических покрытий космических аппаратов (КА) во время геомагнитных суббурь в магнитосфере Земли - это сложное, многофакторное, существенно нестационарное явление. Достаточно лишь кратко перечислить основные физические процессы, ответственные за формирование потенциала участка открытой поверхности диэлектрика.
Во-первых, это инжекция электронов и протонов космической плазмы с широким энергетическим спектром в приповерхностный слой диэлектрика.
Во-вторых, радиационная электропроводность (РЭ) диэлектрика от жесткой компоненты космических ионизирующих излучений.
В-третьих, влияние потенциала поверхности на энергию падающих частиц.
В-четвертых, вторичная электронная эмиссия электронов и фотоэмиссия.
Кроме того, необходимо учитывать перенос эмитированных электронов вдоль поверхности диэлектрика под влиянием тангенциальной составляющей электрического поля, темновую электропроводность диэлектриков и влияние на нее температуры, наличие границ, углов и седловых точек потенциала, сложную геометрию поверхности, нелинейные эффекты и взаимовлияние различных процессов друг на друга.
Несмотря на 25-летний период интенсивного исследования процессов электризации КА, до сих пор нет полного понимания этого явления, доставляющего значительные проблемы разработчикам космической техники.
Поэтому в МИЭМ была разработана идеология многоступенчатой защиты КА от эффектов электризации, в основе которой лежит структурное электрофизическое моделирование КА. Прежде всего, это комплекс технических мероприятий, позволяющих свести к минимуму дифференциальную зарядку аппарата. К таким мероприятиям относится применение материалов внешней поверхности КА с повышенной радиационной и темновой электропроводностью. Разумное сочетание программного обеспечения и критерия выбора

Уравнение (9) является алгебраическим и может быть решено относительно /Дх) даже при условии, что в свою очередь зависит от поля. Принимаем, что
пи О
(/?(х)) > где у^гт0 измерено при некотором стандартном
поле Р0, которое равно, например, 105 В/см. Вышеприведенная полевая
зависимость справедлива при ^>4-104 В/см , при F<4•104 В/см уг не зависит от поля. Решение будет иметь вид:
[^)]'^ = -к:/.о/м [ ]а
1 4„,[г(хЖ0)]а 1 ( ;
В точке нулевого поля р(х) меняет знак. Интересно рассмотреть вариант, когда
уг находится по формуле (12), в которой g0 зависит от координаты.
Значения параметров модели РФВ для модельного полимера, используемые в расчетах следующие (принимаем <5 =0):
Параметр а М0, м2/Вхс Оо м^Гр1 8 М0, м'3 К, м3 с'1 К, м3 с’1
Значение 0.5 2х106 10'5 0.7х101У 3 1025 6x10'14 6х10‘16
При энергии электронов 50 кэВ и плотности тока электронов /о = 2.10‘6 А/м2 мощность дозы составляет Л(0)= 1.2 Гр/с. Длина полного пробега электронов принята равной 40 мкм.
Для указанных в таблице значений параметров модели найдем, что Аг =9.1 ■Ю"13Ом"1м'1(Гр/с)Л и Ат= З.ОхЮ’12 Ом^м’^Гр/с)'^ (интервал
изменения Ат в большинстве полимеров составляет
10'14 •МО'иОм-1м“1(Гр/с)"А).
Для случая, когда электропроводность в необлучаемой области отсутствует
(А: - 0)? результаты расчета электрического поля, выполненного на основе модели РФВ, приведены на рис. 8.