卫星介质充电机理和实验研究

论文摘要

本论文工作主要围绕航天器的充电效应展开,同时涉及到空间高能电子环境诱发的深层介质充电效应和空间等离子体环境诱发的表面充电效应研究;在深层介质充电效应方面,基于充电模型的分析需求,通过深入调研空间高能电子环境特征和规律而建立了诱发深层充电的空间高能电子环境模式,并结合已建立的充电模型针对不同具体情况进行了计算分析,同时在新近建立的深层充放电实验模拟装置上开展了初步的实验测量和研究。作为对深层充电研究工作的进一步延伸,结合研究室的项目需求,又开展了表面充电的探测器设计及初步原理实验工作,并获得了实验结果。在论文的相关章节中,分别进行了详细介绍。第一章介绍航天器充放电的基本概念、航天器表面和深层充放电的基本原理、国内外研究状况及相关成果。第二章介绍与卫星介质深层充电相关的辐射带高能电子环境的主要特征和规律,建立了相应的高能电子环境模式及软件,针对相同的环境条件与欧空局已建立的高能电子环境模式FLUMIC进行了比较,吻合较好。第三章在详细分析深层充电机理的基础上,阐述了卫星介质深层充电的物理模型构建方法和过程,同时介绍了在深层充电实验模拟装置上开展的初步实验测量结果。第四章运用高能电子环境模式以及卫星介质深层充电计算机模型针对某飞行器的深层充放电危险性进行了分析和评估。第五章介绍航天器表面充放电效应原理样机的研制设计方案,并进行表面充电实验研究,得到初步的实验结果。第六章对主要论文工作进行了简要总结。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 航天器表面充电
• 1.3 表面充电的国内外研究概况
• 1.4 卫星介质深层充电
• 1.5 介质深层充电的国内外研究现状
• 1.6 本论文的研究内容
• 第二章 诱发卫星深层充电的高能电子环境模式研究
• 2.1 前言
• 2.2 地球外辐射带及AE8 模式
• 2.3 诱发深层充电的外辐射带高能电子环境特征
• 2.3.1 高能电子增强事件
• 2.3.2 太阳活动的影响
• 2.3.3 高能电子随季节的变化
• 2.3.4 高能电子空间分布特征
• 2.4 高能电子能谱计算
• 2.5 高能电子环境模式的计算及比较
• 第三章 卫星介质深层充电的计算机模拟
• 3.1 深层充电的物理机制
• 3.1.1 高能电子在介质中的传输和沉积
• 3.1.2 电荷的泄漏—辐射感应电导率
• 3.1.3 电荷的积累和电场的建立
• 3.2 深层充电的物理模型
• 3.2.1 平板模型
• 3.2.2 圆柱模型
• 3.2.3 微分方程求解
• 3.3 卫星介质深层充电实验测量
• 3.3.1 卫星介质深层充放电实验模拟装置介绍
• 3.3.2 实验结果
• 第四章 应用实例
• 4.1 高能电子环境计算
• 4.2 充电电场计算
• 4.3 计算结果分析
• 第五章 航天器表面充放电原理样机研制及实验研究
• 5.1 表面充电原理样机设计
• 5.1.1 基本原理
• 5.1.2 基本参数的确定
• 5.1.3 微弱电流信号检测电路
• 5.2 实验研究
• 5.2.1 研究铝板表面充电电位
• 5.2.2 研究带氧化层薄膜的铝板表面充电电位
• 5.2.3 实验结果
• 5.3 小结
• 总结
• 参考文献
• 论文发表
• 致谢