[發明專利]一種低軌道航天器高壓太陽電池陣二次放電防護方法

有效

• 申請號: 201410451763.8
• 申請日: 2014-09-05
• 公開（公告）號: CN104244547B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 史亮;李得天;湯道坦;柳青;趙呈選;陳益峰;秦曉剛;楊生勝;高原
• 申請（專利權）人: 蘭州空間技術物理研究所
• 主分類號: H05F1/02
• 分類號: H05F1/02;H01L31/18
• 代理公司: 北京理工大學專利中心11120
• 代理人: 付雷杰,仇蕾安

技術領域

本發明涉及一種低軌道航天器高壓太陽電池陣二次放電防護方法，可用于低軌道航天器高壓太陽電池陣二次放電防護，屬于航天器空間環境效應防護領域。

背景技術

隨著我國航天技術的發展，使用高壓供配電系統已成為高性能衛星的必然趨勢。高壓供配電部件是引起整星失效的單點故障源，其可靠性對于衛星在軌安全運行至關重要。其中，高壓太陽電池陣是高壓供配電部件的重要組成部分。在空間等離子體環境作用下，高壓太陽電池會產生靜電放電，從而誘發正負電極間的二次放電，造成供配電部件內部的短路和燒毀，導致衛星整星失效。

由于GEO軌道和LEO軌道空間等離子體特性不同，因此在GEO軌道和LEO軌道的高壓太陽電池的帶電過程也不同。

在GEO軌道高能低密度等離子體作用下，高壓太陽電池表面充電電位可以達到負的數千伏，由于不同材料具有各自特殊的結構特點，其絕緣性能和二次電子發射系數等不同，這些單元以不同速率充電，從而產生不等量帶電現象；同時由于光照條件不一樣，導致高壓太陽電池產生反轉電位梯度效應，從而誘發靜電放電。

LEO軌道等離子體特性是低能高密度，高壓太陽電池將從周圍等離子體中收集電子從而產生電流收集效應，導致衛星結構電位升高，因此互聯片與玻璃蓋片之間將建立強電場，同時高工作電壓將導致互聯片場致電子和離子次級電子發射，最終產生雪崩擊穿誘發靜電放電。

在不同軌道形成的靜電放電都有可能導致高壓太陽陣的電池串間形成持續放電通路，甚至基板融化形成導電通路，從而造成二次放電。

目前，我國的GEO軌道衛星已經廣泛采用了高壓太陽電池陣(母線電壓100V)，為了避免高壓太陽電池陣發生二次放電，采用了多種防護措施，其中最主要的防護方法就是在電池串間涂敷室溫硫化硅橡膠(RTV膠)，該方法可以在不改變高壓太陽陣設計結構的情況下，在相鄰電池串間形成勢壘層，阻礙串間臨時性短路通道的形成，使太陽陣功率輸出不能維持。并對聚酰亞胺基底起到熱保護作用，防止由于溫度過高使基底材料熱解擊穿。但是，由于RTV膠在低軌道快速熱交變的環境中容易發生破裂脫落現象，因此上述方法無法在LEO軌道航天器上使用。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種低軌道航天器高壓太陽電池陣二次放電防護方法，能夠避免太陽電池陣表面不均勻帶電現象，由此達到對其二次放電的防護；同時，透明導電復合薄膜具有較高的透過率，不影響太陽電池陣發揮其基本功能，并且具有良好的延展性、抗冷熱沖擊性能和耐輻射性能，使得透明導電復合薄膜具備良好的空間環境適應性，能夠滿足衛星設計壽命需求。

為了解決上述技術問題，本發明是這樣實現的：

一種低軌道航天器高壓太陽電池陣二次放電防護方法，包括如下步驟：

步驟1、制作透明導電復合薄膜，具體為：

將透明聚酰亞胺膜(1)作為基底材料，利用等離子體聚合方法在基底材料的一側表面上制備硅氧烷膜(2)，在所述硅氧烷膜(2)上利用磁控濺射方法制備氧化銦錫膜(3)，形成透明導電復合薄膜；

步驟2、將透明導電復合薄膜覆于并固定在太陽電池陣表面上，復合薄膜導電層朝向空間方向且與航天器結構地相連。

所述透明聚酰亞胺膜(1)的厚度為0.25μm。

所述硅氧烷膜(2)的厚度為150nm。

所述氧化銦錫膜(3)的厚度為10nm-20nm。

所述硅氧烷膜(2)的制備方法是將六甲基二硅氧烷有機單體或者六甲基二硅氧烷有機單體與氧氣的混合氣體進行輝光放電，使六甲基二硅氧烷單體激發，從而在透明聚酰亞胺基底上生成硅氧烷膜(2)。

所述透明導電復合薄膜的尺寸大于太陽電池陣的尺寸，當太陽電池陣的尺寸為a米×b米，航天器設計溫度變化量為ΔT℃，則透明導電復合薄膜的尺寸為(a+ΔT·5.5×10^-7)米×(b+ΔT·5.5×10^-7)米。

所述安裝在太陽電池陣邊沿的透明導電復合薄膜留有出氣通道。

所述磁控濺射方法具體為RF磁控濺射方法，濺射設備采用美國K.J.Lesker公司KJLC3000全自動磁控濺射鍍膜系統，所用靶材為99.99％的ITO即重量含量分別為90％In₂O₃和重量含量為10％SnO₂的陶瓷靶，工作氣體為氬氣，反應氣體為氧氣，靶材與硅氧烷膜距離為10cm，濺射功率300W，濺射壓強為2.0mTorr，氬氣與氧氣的體積比為20：1，沉積時間5min。