[發明專利]利用人工磁場屏蔽航天器局部低能電子環境的方法及系統

有效

• 申請號: 201910291477.2
• 申請日: 2019-04-12
• 公開（公告）號: CN110077629B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 李衍存;盛麗艷;賈曉宇;秦珊珊;張弘;王建昭;張志平;蔡震波
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: B64G1/54
• 分類號: B64G1/54
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 王衛軍

本發明涉及一種利用人工磁場屏蔽航天器局部低能電子環境的方法及系統，屬于空間輻射技術領域。本發明的技術方案為：根據螺線管線圈的匝數、電流等參數確定其磁場強度及空間分布；在航天器上不同位置設置一定數目的螺線管線圈，并分析在磁場作用下，航天器局部低能電子輻射環境的變化情況；調整螺線管線圈的參數、位置和布局，確保所關注的局部部位的低能電子輻射環境降低到可接受的水平。

技術領域

本發明涉及一種利用人工磁場屏蔽航天器局部低能電子環境的方法及系統，屬于空間輻射技術領域。

背景技術

空間中的熱等離子體與航天器表面材料相互作用會導致表面充放電效應，充電電流源包括充電電子電流、充電質子電流、二次電子電流、背散射電子電流、光生電子電流、相鄰表面由于電阻電容電感差別導致的電流、衛星主動發射的電子或離子電流等。當所有的電流源達到平衡，即總的充電電流等于零的時候，衛星達到最終的充電電位。當航天器相鄰表面的相對帶電過高時會引發放電，由此產生的電磁脈沖會干擾航天器的正常運行。

目前國內外航天器表面電位防護設計，一般均基于對表面材料進行導電化和接地處理，從而確保表面電位滿足要求。然而出于對電磁波透過率的要求，部分高電阻率表面材料無法通過有效接地手段降低充電電位，導致這些材料存在帶電風險，形成了影響航天器在軌可靠運行的隱患。

理論分析和在軌試驗均表明，充電電子電流對充電起決定性作用，如果能采取一定的方法，降低充電電子電流，將大大緩解充電效應。由于導致航天器表面充電的主要是低能電子(幾十keV量級)，很容易在磁場的作用下發生偏轉，因此，考慮用磁場屏蔽的方法緩解航天器局部低能電子輻射環境。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種利用人工磁場屏蔽航天器局部低能電子環境的方法，能夠解決航天器部分表面材料無法通過接地等措施降低表面充電電位的問題。

本發明的技術解決方案是：利用人工磁場屏蔽航天器局部低能電子環境的方法，包括如下步驟：

設計螺線管線圈，選擇所述螺線管線圈的參數和布局；所述參數包括尺寸、線圈匝數和通電電流；

建立航天器三維空間模型；

給選擇的螺線管線圈通電使螺線管線圈產生磁場，根據螺線管線圈的參數確定螺線管線圈產生的磁場在所述航天器三維空間模型中的磁場模型；

在包含磁場模型的航天器三維空間模型中分別統計磁場作用前后航天器局部低能范圍的電子輻射環境在航天器被保護面產生的低能電子輻射的變化；若磁場作用后航天器表面低能電子輻射環境的變化滿足設計要求，則使用設計的螺線管線圈；若不滿足，則調整螺線管線圈的參數和布局，重新統計磁場作用前后航天器表面低能電子輻射環境的變化，直至航天器表面低能電子輻射環境的變化滿足設計要求；所述航天器被保護面為需要進行磁場屏蔽的航天器表面。

進一步地，布局的方法為：將八個螺線管線圈分別布置在航天器兩塊艙板的四個角上；所述兩塊艙板互相平行，且均與航天器被保護面垂直；位于同一塊艙板上的螺線管線圈中的電流方向相同，位于不同艙板上的螺線管線圈中的電流方向相反。

進一步地，所述螺線管線圈的安裝面與被保護面垂直，螺線管線圈的軸線方向與被保護面平行，并與安裝面垂直。

進一步地，所述螺線管線圈的匝數不小于100000，螺線管線圈中的電流不小于10A。

進一步地，統計航天器表面低能電子輻射環境的變化的方法為：統計航天器表面低能電子的注入通量，根據所述注入通量計算航天器表面單位面積的電流大小。

進一步地，所述局部低能范圍為服從麥克斯韋分布的空間范圍。

進一步地，所述麥克斯韋分布的參數為N＝1.12cm^-3，T＝1.2×104eV。