[发明专利]一种低轨道航天器高压太阳电池阵二次放电防护方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低轨道航天器高压太阳电池阵二次放电防护方法，可用于低轨道航天器高压太阳电池阵二次放电防护，属于航天器空间环境效应防护领域。

背景技术

随着我国航天技术的发展，使用高压供配电系统已成为高性能卫星的必然趋势。高压供配电部件是引起整星失效的单点故障源，其可靠性对于卫星在轨安全运行至关重要。其中，高压太阳电池阵是高压供配电部件的重要组成部分。在空间等离子体环境作用下，高压太阳电池会产生静电放电，从而诱发正负电极间的二次放电，造成供配电部件内部的短路和烧毁，导致卫星整星失效。

由于GEO轨道和LEO轨道空间等离子体特性不同，因此在GEO轨道和LEO轨道的高压太阳电池的带电过程也不同。

在GEO轨道高能低密度等离子体作用下，高压太阳电池表面充电电位可以达到负的数千伏，由于不同材料具有各自特殊的结构特点，其绝缘性能和二次电子发射系数等不同，这些单元以不同速率充电，从而产生不等量带电现象；同时由于光照条件不一样，导致高压太阳电池产生反转电位梯度效应，从而诱发静电放电。

LEO轨道等离子体特性是低能高密度，高压太阳电池将从周围等离子体中收集电子从而产生电流收集效应，导致卫星结构电位升高，因此互联片与玻璃盖片之间将建立强电场，同时高工作电压将导致互联片场致电子和离子次级电子发射，最终产生雪崩击穿诱发静电放电。

在不同轨道形成的静电放电都有可能导致高压太阳阵的电池串间形成持续放电通路，甚至基板融化形成导电通路，从而造成二次放电。

目前，我国的GEO轨道卫星已经广泛采用了高压太阳电池阵(母线电压100V)，为了避免高压太阳电池阵发生二次放电，采用了多种防护措施，其中最主要的防护方法就是在电池串间涂敷室温硫化硅橡胶(RTV胶)，该方法可以在不改变高压太阳阵设计结构的情况下，在相邻电池串间形成势垒层，阻碍串间临时性短路通道的形成，使太阳阵功率输出不能维持。并对聚酰亚胺基底起到热保护作用，防止由于温度过高使基底材料热解击穿。但是，由于RTV胶在低轨道快速热交变的环境中容易发生破裂脱落现象，因此上述方法无法在LEO轨道航天器上使用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种低轨道航天器高压太阳电池阵二次放电防护方法，能够避免太阳电池阵表面不均匀带电现象，由此达到对其二次放电的防护；同时，透明导电复合薄膜具有较高的透过率，不影响太阳电池阵发挥其基本功能，并且具有良好的延展性、抗冷热冲击性能和耐辐射性能，使得透明导电复合薄膜具备良好的空间环境适应性，能够满足卫星设计寿命需求。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种低轨道航天器高压太阳电池阵二次放电防护方法，包括如下步骤：

步骤1、制作透明导电复合薄膜，具体为：

将透明聚酰亚胺膜(1)作为基底材料，利用等离子体聚合方法在基底材料的一侧表面上制备硅氧烷膜(2)，在所述硅氧烷膜(2)上利用磁控溅射方法制备氧化铟锡膜(3)，形成透明导电复合薄膜；

步骤2、将透明导电复合薄膜覆于并固定在太阳电池阵表面上，复合薄膜导电层朝向空间方向且与航天器结构地相连。

所述透明聚酰亚胺膜(1)的厚度为0.25μm。

所述硅氧烷膜(2)的厚度为150nm。

所述氧化铟锡膜(3)的厚度为10nm-20nm。

所述硅氧烷膜(2)的制备方法是将六甲基二硅氧烷有机单体或者六甲基二硅氧烷有机单体与氧气的混合气体进行辉光放电，使六甲基二硅氧烷单体激发，从而在透明聚酰亚胺基底上生成硅氧烷膜(2)。

所述透明导电复合薄膜的尺寸大于太阳电池阵的尺寸，当太阳电池阵的尺寸为a米×b米，航天器设计温度变化量为ΔT℃，则透明导电复合薄膜的尺寸为(a+ΔT·5.5×10^-7)米×(b+ΔT·5.5×10^-7)米。

所述安装在太阳电池阵边沿的透明导电复合薄膜留有出气通道。

所述磁控溅射方法具体为RF磁控溅射方法，溅射设备采用美国K.J.Lesker公司KJLC3000全自动磁控溅射镀膜系统，所用靶材为99.99％的ITO即重量含量分别为90％In₂O₃和重量含量为10％SnO₂的陶瓷靶，工作气体为氩气，反应气体为氧气，靶材与硅氧烷膜距离为10cm，溅射功率300W，溅射压强为2.0mTorr，氩气与氧气的体积比为20：1，沉积时间5min。