[发明专利]一种航天器在轨表面带电效应风险量化评估方法

说明书

本发明公开了一种航天器在轨表面带电效应风险评估方法，是根据航天器在轨过程中空间环境电子温度和电子通量实时监测制定的表面带电效应风险评估方法，可对航天器造成的表面带电效应风险进行实时干预(进行主动电位控制)和制定相应的应急预案(关闭敏感单机)，避免航天器表面带电效应引起严重的故障，对提高航天器在轨安全可靠运行具有重大意义；本发明可以针对不同类型、不同轨道航天器、或航天器不同敏感部位(如太阳电池阵等)对表面带电要求，制定差异化的在轨表面带电效应风险评估方法，因此具有更广泛的应用范围。

技术领域

本发明属于航天器空间环境效应防护技术领域，具体涉及一种航天器在轨表面带电效应风险量化评估方法。

背景技术

磁层磁暴/亚暴会引起地球空间环境的剧烈扰动，出现各类粒子事件、热层大气密度增加、电离层暴等，会对航天器活动、通讯和导航系统造成严重的威胁。如热等离子体增强事件，这种磁层扰动引起的空间热等离子体注入的能量可以高达数十keV，会引起卫星表面充电到较高的电位，影响卫星的安全稳定运行。卫星在轨故障统计表明，地球同步轨道卫星的绝大多数静电放电故障都发生在卫星进出地影期间。由于光电子束流通常远大于空间入射环境电子束流，卫星表面电位能在较短的时间内从较高的负电位变成正电位，卫星的阴影区表面充电至数千伏，而光照表面仍保留在正几伏，从而加大了光照区和非光照区的不等量带电状况。研究表明注入的热等离子体电子通量和电子温度分别对阴影区和光照区的航天器表面带电具有重要的影响[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]。

航天器表面带电效应影响因素复杂，不仅与空间环境相关，而且与航天器表面材料特性(二次电子发射系数、光电子发射系数、背散射电子发射系数等)、卫星结构状态(介质面积、卫星尺寸、金属-介质结构等)、卫星部件工作状况(加电状况、接地状况)等相关。航天器表面带电水平通常采用模拟仿真的方法，计算最恶劣环境下预测航天器可能的充电状态，目前还没有针对在轨航天器空间环境引起的表面带电效应风险评估方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种航天器在轨表面带电效应风险评估方法，可实现由实时数据驱动的在轨航天器内带电效应风险值生成，用于在轨航天器表面带电效应风险评估，为航天器运管部门进行航天器风险控制、预报预警的有效手段。

一种在轨航天器表面带电效应风险评估方法，包括如下步骤：

步骤1、将航天器表面可能发生放电时的阈值电位到电位无限大之间划分成多个电位段；并为各个电位段确定放电风险等级；

步骤2、当航天器进入轨道阴影区时，获取空间等离子体不同能段下的电子通量总和，然后根据公式φ＝-1.359×10^-12(∑J_i)^2.03计算航天器表面电位φ；J_i为不同能段下的电子通量；

当航天器进入光照区时，获取空间等离子体电子温度T，并根据公式φ＝-2.4×10^-7T^2.51计算航天器表面电位φ；

(4)基于步骤1的结果，确定步骤3获得的航天器表面电位φ在哪个电位段，由此以确定航天器放电风险等级，进而进行放电风险等级评估。

较佳的，通过航天器电池阵工作状态判断航天器在阴影区还是在光照区。

本发明具有如下有益效果：