[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

摘要

本发明公开了一种地球同步轨道航天器表面介质材料电位模拟方法，首先，建立航天器结构的三维模型，能够直观地对同步轨道航天器表面介质材料充电电位进行模拟，其次，在满足双麦克斯韦分布的带电粒子环境中加入二次电子和光电子，模拟获得航天器表面的充电电位分布和航天器平均表面电势随时间的变化关系，且通过网格划分程度来实现想要的计算精度，模拟过程简单，易实现，而且能够实现同步轨道等离子体环境下任意三维航天器结构的模拟。

主权项

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，其中每个网格体元的长度为小于一个德拜长度的预设长度L，其中地球同步轨道的背景等离子体的德拜长度为330mm，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ni，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Vi；步骤六、当等离子体环境的充电电势ΔV＝Vi‑Vi‑1达到预设阈值M时，充电电势Vi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。