[发明专利]一种地球同步轨道航天器表面介质材料电位模拟方法

权利要求书

1.一种地球同步轨道航天器表面介质材料电位模拟方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤一、按实际比例建立同步轨道航天器的结构模型，所述结构模型包括航天器主体、太阳能电池板和通讯天线；

步骤二、设置航天器主体、太阳能电池板和通讯天线的表面材料，且所有表面材料的初始电势设置为0V；将所述航天器主体与通信天线接触的一侧定义为向光侧，相对侧为背光侧，在航天器主体的背光面设置一层厚度为d₁的聚酰亚胺绝缘介质材料Kapton，其它面设置一层厚度为d₂的ITO导电薄膜，所述太阳能电池板向光面设置一层厚度为d₃的玻璃片，其他面设置一层厚度为d₄的碳纤维结构材料；所述通讯天线的各个面设置一层厚度为d₅的聚酰亚胺绝缘介质材料Kapton；

步骤三、根据实际空间中的等离子体环境的粒子数密度分布ξ，构建同步轨道航天器周围的等离子体环境，所述等离子体环境为六种带电粒子，具体包括低能电子、低能离子、高能电子、高能离子、二次电子和光电子，其中，所述低能电子和低能离子满足单麦克斯韦分布，所述的高能电子和高能离子满足双麦克斯韦分布，所述的二次电子和光电子，所述的二次电子按照预设粒子数密度分布在航天器主体、太阳能电池板和通讯天线的所有表面，光电子按照预设粒子数密度分布于航天器主体、太阳能电池板和通讯天线的向光面，两种粒子的运动方向初始垂直面向外；

步骤四、对步骤三获得的等离子体环境进行网格划分，其中每个网格体元为小于一个德拜长度的预设长度L，根据粒子数密度分布ξ和每个网格体元的长度获得每个网格体元的初始粒子数密度分布ξ₀，根据麦克斯韦速度分布设置每个的带电粒子的初始速度，设定模拟时间T和步进时间t；

步骤五、在模拟时间T内，对每个带电粒子的运动进行跟踪，获得步进i次后每个网格体元的粒子数密度分布n_i，并由泊松方程获得整个等离子体环境步进i次后的充电电势V_i；

步骤六、当等离子体环境的充电电势ΔV=V_i-V_i-1达到预设阈值M时，充电电势V_i即为等离子体环境的最终充电平衡电势，进而获得航天器的各个面的充电电位分布。

2.如权利要求1所述的一种地球同步轨道航天器表面介质材料电位模拟方法，其特征在于，步骤三中的二次电子，包括离子撞击产生二次电子、电子撞击产生二次电子和背散射电子。

3.如权利要求1所述的一种地球同步轨道航天器表面介质材料电位模拟方法，其特征在于，步骤二中的d₁、d₂、d₃、d₄、d₅分别为0.05mm。

4.如权利要求1所述的一种地球同步轨道航天器表面介质材料电位模拟方法，其特征在于，步骤四中的每个网格体元的长度L根据所需计算精度和总模拟时间T确定。

5.如权利要求1所述的一种地球同步轨道航天器表面介质材料电位模拟方法，其特征在于，所述航天器结构的表面材料从预先建立的表面材料库中导入。

6.如权利要求1所述的一种地球同步轨道航天器表面介质材料电位模拟方法，其特征在于，根据步进时间t和步骤五获得的整个等离子体环境步进i次后的充电电势，还获得航天器的平均表面电势随时间的变化关系；所述平均表面电势为航天器所有表面的电势的算术平均值。