[發(fā)明專利]一種航天器在軌表面帶電效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811140271.1
• 申請日: 2018-09-28
• 公開（公告）號(hào): CN109325693B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李得天;楊生勝;秦曉剛;蔣鍇;全林;薛玉雄;王小軍;王斌;史亮;王俊
• 申請（專利權(quán)）人: 蘭州空間技術(shù)物理研究所
• 主分類號(hào): G06Q10/06
• 分類號(hào): G06Q10/06
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 李微微;仇蕾安

本發(fā)明公開了一種航天器在軌表面帶電效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，是根據(jù)航天器在軌過程中空間環(huán)境電子溫度和電子通量實(shí)時(shí)監(jiān)測制定的表面帶電效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，可對(duì)航天器造成的表面帶電效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)干預(yù)(進(jìn)行主動(dòng)電位控制)和制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案(關(guān)閉敏感單機(jī))，避免航天器表面帶電效應(yīng)引起嚴(yán)重的故障，對(duì)提高航天器在軌安全可靠運(yùn)行具有重大意義；本發(fā)明可以針對(duì)不同類型、不同軌道航天器、或航天器不同敏感部位(如太陽電池陣等)對(duì)表面帶電要求，制定差異化的在軌表面帶電效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，因此具有更廣泛的應(yīng)用范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航天器空間環(huán)境效應(yīng)防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種航天器在軌表面帶電效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估方法。

背景技術(shù)

磁層磁暴/亞暴會(huì)引起地球空間環(huán)境的劇烈擾動(dòng)，出現(xiàn)各類粒子事件、熱層大氣密度增加、電離層暴等，會(huì)對(duì)航天器活動(dòng)、通訊和導(dǎo)航系統(tǒng)造成嚴(yán)重的威脅。如熱等離子體增強(qiáng)事件，這種磁層擾動(dòng)引起的空間熱等離子體注入的能量可以高達(dá)數(shù)十keV，會(huì)引起衛(wèi)星表面充電到較高的電位，影響衛(wèi)星的安全穩(wěn)定運(yùn)行。衛(wèi)星在軌故障統(tǒng)計(jì)表明，地球同步軌道衛(wèi)星的絕大多數(shù)靜電放電故障都發(fā)生在衛(wèi)星進(jìn)出地影期間。由于光電子束流通常遠(yuǎn)大于空間入射環(huán)境電子束流，衛(wèi)星表面電位能在較短的時(shí)間內(nèi)從較高的負(fù)電位變成正電位，衛(wèi)星的陰影區(qū)表面充電至數(shù)千伏，而光照表面仍保留在正幾伏，從而加大了光照區(qū)和非光照區(qū)的不等量帶電狀況。研究表明注入的熱等離子體電子通量和電子溫度分別對(duì)陰影區(qū)和光照區(qū)的航天器表面帶電具有重要的影響[Davis,V.A.,Mandell,M.J.,and Thomsen,M.F..Characterization of Magnetospheric Spacecraft Charging EnvironmentsUsing the LANL Magnetospheric Plasma Analyzer Data Set.NASA/CR-2003-212745]。

航天器表面帶電效應(yīng)影響因素復(fù)雜，不僅與空間環(huán)境相關(guān)，而且與航天器表面材料特性(二次電子發(fā)射系數(shù)、光電子發(fā)射系數(shù)、背散射電子發(fā)射系數(shù)等)、衛(wèi)星結(jié)構(gòu)狀態(tài)(介質(zhì)面積、衛(wèi)星尺寸、金屬-介質(zhì)結(jié)構(gòu)等)、衛(wèi)星部件工作狀況(加電狀況、接地狀況)等相關(guān)。航天器表面帶電水平通常采用模擬仿真的方法，計(jì)算最惡劣環(huán)境下預(yù)測航天器可能的充電狀態(tài)，目前還沒有針對(duì)在軌航天器空間環(huán)境引起的表面帶電效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種航天器在軌表面帶電效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，可實(shí)現(xiàn)由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的在軌航天器內(nèi)帶電效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)值生成，用于在軌航天器表面帶電效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，為航天器運(yùn)管部門進(jìn)行航天器風(fēng)險(xiǎn)控制、預(yù)報(bào)預(yù)警的有效手段。

一種在軌航天器表面帶電效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，包括如下步驟：

步驟1、將航天器表面可能發(fā)生放電時(shí)的閾值電位到電位無限大之間劃分成多個(gè)電位段；并為各個(gè)電位段確定放電風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；

步驟2、當(dāng)航天器進(jìn)入軌道陰影區(qū)時(shí)，獲取空間等離子體不同能段下的電子通量總和，然后根據(jù)公式φ＝-1.359×10^-12(∑J_i)^2.03計(jì)算航天器表面電位φ；J_i為不同能段下的電子通量；

當(dāng)航天器進(jìn)入光照區(qū)時(shí)，獲取空間等離子體電子溫度T，并根據(jù)公式φ＝-2.4×10^-7T^2.51計(jì)算航天器表面電位φ；

(4)基于步驟1的結(jié)果，確定步驟3獲得的航天器表面電位φ在哪個(gè)電位段，由此以確定航天器放電風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，進(jìn)而進(jìn)行放電風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估。

較佳的，通過航天器電池陣工作狀態(tài)判斷航天器在陰影區(qū)還是在光照區(qū)。

本發(fā)明具有如下有益效果：