[發明專利]一種航天器表面電位主動控制方法

有效

• 申請號: 201410453321.7
• 申請日: 2014-09-05
• 公開（公告）號: CN104260905A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 蔣鍇;秦曉剛;王先榮;楊生勝;史亮;王鷁;李得天
• 申請（專利權）人: 蘭州空間技術物理研究所
• 主分類號: B64G1/52
• 分類號: B64G1/52;H05H1/46
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 付雷杰;楊志兵

技術領域

本發明涉及航天器空間環境效應防護領域，尤其涉及一種航天器表面電位主動控制方法。

背景技術

航天器在軌運行期間，受空間等離子體、光照等空間環境影響，將產生表面電荷積累造成的帶電現象。在地球陰影區，航天器表面電位有可能達到負的數千伏甚至上萬伏；而在太陽光照條件下，受光電子發射影響，航天器光照表面的電位有可能達到正的數十伏。航天器表面帶電現象會對其在軌安全穩定運行和探測數據的準確性造成嚴重影響：

(1)航天器表面不可避免的要采用多種不同特性的材料，這些材料的介電常數、二次電子發射系數、光電子發射系數等參數都存在差異，因此在同種環境下也會產生電位差；航天器表面經常使用介質材料，在航天器表面光照區和非光照區的同種介質材料也會存在電位差。當上述電位差達到一定程度時，可能會發生放電，擊穿表面材料或者干擾航天器運行；

(2)航天器對空間環境尤其是等離子體環境進行精確測量時，要求航天器具有較低的電位，而航天器表面帶電現象造成的表面電位會影響航天器周圍等離子體的軌跡和能量，使等離子體分布函數變得扭曲，難以準確測量離子分布函數和低能電子譜。

我國航天器設計過程中采用了嚴格接地等措施來防止不等量帶電現象的發生。但是隨著我國各軌道航天器的尺寸增大、壽命延長、工作電壓提高等影響，單純接地措施已經越來越難以滿足要求。尤其是各類空間環境探測衛星對航天器電位控制提出了近乎苛刻的要求，因此，有必要開發一種航天器表面電位控制方法。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種航天器表面電位主動控制方法，通過采用液態金屬離子源向空間發射正離子流來控制航天器表面電位，避免不等量帶電現象，提高測量的穩定性和準確性，并可同時控制表面正電位和負電位，具有廣泛的應用前景。

為了解決上述技術問題，本發明是這樣實現的：

一種航天器表面電位主動控制方法，采用液態金屬離子源對航天器表面電位進行控制，其中，所述液態金屬離子源和航天器外表面均接地，但兩者互相絕緣，該方法具體包括如下步驟：

(1)在航天器進入軌道陰影區之前，對所述液態金屬離子源的固態金屬進行預加熱，使固態金屬熔化并保持在熔融狀態；

(2)當航天器進入軌道陰影后，實時獲取航天器表面電位V_s；

(3)對航天器表面電位V_s進行實時判定：

當航天器表面電位V_s大于0并且大于預設的正電位限制值V_l時，執行步驟(4)-(5)；當航天器表面電位V_s小于0且小于預設的負電位下限值V₂時，執行步驟(6)-(7)；其中，所述預設的負電位下限值V₂取為航天器表面不發生放電的最低安全電位；

(4)控制液態金屬離子源向遠離航天器方向的空間發射正離子流；

(5)當航天器表面電位V_s達到或小于預設的正電位限制值V_l時，控制液態金屬離子源停止發射正離子流，判斷航天器是否離開軌道陰影區：如果未離開，返回步驟(2)；如果離開軌道陰影區，執行步驟(8)；

(6)將液態金屬離子源的接地斷開，同時控制液態金屬離子源向遠離航天器方向的空間發射正離子流；

(7)當航天器表面電位V_s達到或大于預設的負電位V₃時，控制液態金屬離子源停止發射正離子流，并恢復液態金屬離子源接地；判斷航天器是否離開軌道陰影區：如果未離開，返回步驟(2)；如果離開軌道陰影區，執行步驟(8)；所述預設的負電位V₃大于預設的負電位下限值V₂；

(8)停止對液態金屬離子源加熱，由此完成對航天器表面電位的主動控制。

所述金屬離子源的固態金屬采用金屬銦時，預加熱溫度控制在180℃至200℃的范圍內。

所述液態金屬離子源的數量為1個或者大于1個。

所述預設負電位V₃根據航天器在軌道陰影區的飛行時間以及航天器表面電位的變化速度確定，其大小保證航天器在軌道陰影區運行過程中，其表面電位不會再次下降到預設表面電位下限值V₂。

本發明具有如下有益效果：

(1)本發明通過發射正離子束修正航天器表面的電流平衡，降低航天器表面電位，避免不等量帶電現象，也可減少光電子擾亂等離子體離子和電子測量的能量帶，接近儀器測量限制的范圍，提高測量的穩定性和準確性；