一種安裝高壓電池陣的航天器表面懸浮電位評估的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及航天器在軌空間福射環(huán)境效應(yīng)防護(hù)管理領(lǐng)域，尤其涉及一種用于評估 地球軌道安裝有高壓電池陣航天器的表面懸浮電位評估的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 浸泡在空間等離子體和太陽光照環(huán)境下的航天器，會由于相互作用而形成與空間 等離子體電位不一致的現(xiàn)象，被稱之為航天器充電，與空間等離子體之間的電位差即被稱 之為表面懸浮電位。航天器表面充電程度與其周圍接觸的空間等離子體的活躍程度息息相 關(guān)，等離子體越活躍則航天器表面充電越嚴(yán)重，也即表面懸浮電位越高。航天器表面充電會 如地面靜電帶電一樣，當(dāng)表面懸浮電位超過一定的臨界值也即闊值時，就可能會產(chǎn)生靜電 放電，給電子學(xué)系統(tǒng)帶來干擾。
[0003] 由于航天器表面充電會對航天器造成干擾危害，因此，在地面研制階段、在軌管理 及事后故障診斷階段，開展航天器表面懸浮電位的評估是一種降低或識別由于表面充電造 成的危害的重要手段。W往對于航天器表面電位的評估，通常認(rèn)為航天器不同部位處于同 電位，而當(dāng)航天器安裝的是高壓電池陣后，航天器內(nèi)部不同部位的電位就會由于電池陣母 線電壓的調(diào)制而不一致，從而導(dǎo)致繼續(xù)采用W往評估方法將出現(xiàn)誤差較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于，為解決現(xiàn)在航天器表面懸浮電位評估而存在著評估過量或者 不足的問題，本發(fā)明提供一種用于評估安裝高壓電池陣的航天器表面懸浮電位的評估方 法。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種安裝高壓電池陣的航天器表面懸浮電位評 估的方法，所述方法為：建立不同粒子不同電位狀態(tài)下的電流收集模型，基于收集模型構(gòu)造 航天器表面充電電流平衡方程然后根據(jù)航天器表面充電電流平衡方程得到平衡電位，也即 懸浮電位。
[0006] 可選的，上述方法具體包含：
[0007] 步驟1，獲得太陽電池陣與航天器本體結(jié)構(gòu)間的電氣連接方式，所述電氣連接方式 包含：負(fù)端接地、懸空及正端接地；
[000引步驟2,獲得太陽電池陣工作母線電壓，并獲得航天器及高壓太陽電池陣所處的空 間環(huán)境參數(shù)；所述空間環(huán)境參數(shù)包含：空間等離子體和太陽光參數(shù)；
[0009] 其中，所述空間等離子體參數(shù)又包括電子和/或質(zhì)子的溫度和密度；
[0010] 步驟3,獲得航天器及高壓電池陣的表面材料特性和結(jié)構(gòu)參數(shù)，即獲得太陽電池陣 參數(shù)；
[0011] 步驟4,依據(jù)電流平衡理論，建立如下航天器及高壓電池陣表面充電數(shù)值模擬模 型；
[0012]
[0013] 其中；Φ :航天器表面懸浮電位；Vw:航天器電池陣母線電壓；t :航天器表面充電 時間；j。。，；航天器表面的總電流；j。；等離子體碰撞上航天器表面的電子電流；ji:等離子體 碰撞上航天器表面的離子電流；js。：入射電子產(chǎn)生的二次電子電流：jsl :入射離子產(chǎn)生的二 次電子電流；jb。：反射電子電流；jph :光電子電流；j。：不同部位間傳導(dǎo)電流；Ca ;航天器表 面在空間等離子體中孤立體電容；
[0014] 步驟5,依據(jù)獲得航天器與電池陣連接方式、空間環(huán)境參數(shù)、太陽電池陣參數(shù)和所 建立的航天器及高壓電池陣表面充電數(shù)值模擬模型，進(jìn)行計(jì)算進(jìn)而獲得航天器表面懸浮電 位。
[0015] 進(jìn)一步可選的，上述步驟5基于化dran或C++語言對模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。
[0016] 可選的，上述步驟5之后還包含；對得到的航天器表面懸浮電位進(jìn)行可視化。
[0017] 可選的，上述航天器表面材料參數(shù)包括電子、離子的入射二次最大發(fā)射系數(shù)和其 對應(yīng)入射粒子能量；所述高壓電池陣結(jié)構(gòu)參數(shù)為不同部位材料的表面積、導(dǎo)電率及電子、離 子的入射二次最大發(fā)射系數(shù)和對應(yīng)能量。
[001引本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于；利用本發(fā)明的懸浮電位評估方法針對安裝有高電壓電池陣的 航天器表面懸浮電位來計(jì)算和分析，從而便于在航天器工程設(shè)計(jì)、故障診斷、在軌管理等工 程階段應(yīng)用。
【附圖說明】
[0019] 圖1太陽電池陣母線電壓負(fù)端接結(jié)構(gòu)地情況的航天器整個電氣示意圖。
[0020] 圖2太陽電池陣母線電壓負(fù)端懸空情況的航天器整個電氣示意圖。
[0021] 圖3太陽電池陣母線電壓正端接結(jié)構(gòu)地情況的航天器整個電氣示意圖。
[0022] 圖4低軌道航天器懸浮電位計(jì)算案例結(jié)果對比圖。
[0023] 附圖標(biāo)記：
[0024] 1、航天器結(jié)構(gòu) 2、航天器電系統(tǒng) 3、太陽電池單元
[0025] 4、電池間金屬連接件 5、太陽電池陣板
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明的用于評估航天器表面懸浮電位的方法進(jìn) 行詳細(xì)說明。
[0027] 本發(fā)明提出了一種用于評估安裝高壓電池陣的航天器表面懸浮電位的方法，該方 法通過建立不同粒子不同電位狀態(tài)下電流收集模型，采用航天器表面充電電流平衡方程， 得到平衡電位，也即懸浮電位。根據(jù)太陽電池陣與航天器本體間的電池連接方式，并結(jié)合空 間等離子體特性及太陽電池陣特性，分析在不同空間環(huán)境條件下的航天器表面懸浮電位。 [002引 實(shí)施例
[0029] 步驟1 ;獲得太陽電池陣與航天器本體結(jié)構(gòu)間的電氣連接方式，其中太陽電池陣 與航天器本體結(jié)構(gòu)間的電氣連接方式由航天器設(shè)計(jì)決定；
[0030] 圖1、圖2及圖3為利用本發(fā)明的評估方法所抽樣出來的Η類航天器本體與太陽電 池陣電氣連接示意圖，圖1，圖2和圖3依次為負(fù)端接地、懸空及正端接地。
[0031] 作為示范例，本實(shí)施例中，選取目前國內(nèi)常采用的負(fù)端接地方式進(jìn)行說明。
[003引步驟2 ;確認(rèn)太陽電池陣工作母線電壓；
[0033] 作為示范例，本實(shí)施例中，選取太陽電池陣工作母線電壓為42￥、60￥、90￥、11(^及 160V作為對比。
[0034] 步驟3 ;確定航天器及高壓太陽電池陣所處的空間環(huán)境參數(shù)；
[0035] 作為示范例，本實(shí)施例中，選取400km高度軌道的等離子體參數(shù)為電子溫度為 0. 26eV、密度