[发明专利]介质深层充电电位和内部充电电场获取方法及存储介质

摘要

本发明提供了一种介质深层充电电位和内部充电电场获取方法及存储介质，根据转移轨道航天器各转移段的轨道参数，利用MATLAB程序将轨道参数转换为地理坐标系内的实时坐标，再使用地磁场模式IGRF转化为实时地磁坐标，代入辐射带电子环境模型，获得实时电子环境能谱；以粒子能谱为输入条件，在粒子输运模拟软件Geant4中计算介质内实时粒子沉积剂量率和注入电流密度，建立差分方程组计算介质内部实时电场强度和充电电位，识别卫星轨道转移时介质的深层放电风险。本发明能够对转移轨道航天器动态运行过程中介质深层充电电位和内部充电电场的进行计算，有效评估航天器在穿越辐射带轨道和进行轨道转移时的深层充放电风险。

主权项

1.一种转移轨道卫星介质深层充电电位和内部充电电场获取方法，其特征在于，包括/n实时电子环境能谱计算步骤：利用地磁坐标，即磁壳参数L_i、磁场强度B_i以及时间t_i，代入辐射带电子环境模型，获得实时电子环境能谱：定义空间高能电子能谱满足指数形式F_E＝F₀·exp(-E/E₀)；/n式中：F_E为能量大于E的电子通量；F₀为能量为E时的电子通量；E₀为电子折合能量或称为谱硬度；E为电子能量；/n考虑轨道电子环境随太阳活动及季节影响的规律，得到外辐射带能谱F_E(＞E,L_i,f_sc,f_oy)的计算表达式：F_E(＞E,L_i,f_sc,f_oy)＝F(＞E,L_i)·F_sc·F_oy；/n其中，L_i为转移轨道卫星t_i时刻的磁壳参数；f_sc为从太阳活动低年开始的太阳周期阶段；f_oy为从1月1日开始占整年的系数；F(＞E,L_i)为L_i处能量大于E的电子的积分通量；F_sc为太阳活动周期为f_sc时的系数；F_oy为年内周期为f_oy时的系数；其表达式为/nF(＞E,L_i)＝8×10⁸·exp[(2-E)/E₀]·16tanh[0.6(L_i-2.5)]/cosh[1.5(L_i-4.3)]/nF_sc＝0.615+0.375sin[2π×(f_sc-0.7)]+0.125sin[4π×(f_sc-0.15)]/nF_oy＝0.625-0.375cos[4π×(f_oy+0.03)]-0.125cos[2π×(f_oy+0.03)]/n所述外辐射带能谱F_E(＞E,L_i,f_sc,f_oy)即为外辐射带电子环境模型；同理建立内辐射带电子环境模型；结合外辐射带电子环境模型和内辐射带电子环境模型得到转移轨道卫星实时电子能谱；/n介质内参数计算步骤：在粒子输运模拟软件Geant4中定义介质材料和屏蔽材料的几何构造、物理参数，利用实时电子环境能谱计算步骤中获得的实时电子能谱，即能量-通量谱，计算介质内实时粒子沉积剂量率D_i和注入电流密度J_fi；/n其中，所述物理参数包括材料三维尺寸、化学组成、密度ρ、暗电导率σ₀、相对介电常数ε、辐射诱导电导率的系数k以及指数Δ中的任一种或任多种组合；采用离散序列随机抽样算法对辐射电子环境模型给出的电子谱进行抽样；/n介质内实时电场强度计算步骤：利用差分方程计算介质内部实时电场强度；/n所述差分方程为：/n /n /n /n其中，ε是材料的介电常数，μ是自由电荷迁移率，ρ_m是最大俘获电荷密度，ρ_f(x,t)、ρ_t(x,t)分别为介质t时刻x深度上的自由电荷密度、束缚电荷密度，τ是自由电荷俘获时间常数，E(x,t)为t时刻x深度的电场强度，J_f(x)是入射带电粒子在介质中产生的电流密度，J₀(t)为介质表面注入电流密度，σ(x)是材料受辐照时的电导率。/n