航天器充电效应防护设计手册pdf/txt下载_在线阅读全文

编辑推荐

　　本书可作为工程用的工具书，供航天器设计师及产品研发人员使用，也可作为参考书，供从事空间环境效应研究的科研人员及相关专业的研究生使用。

内容简介

　　本书详细阐述了航天器充电效应的防护设计指南，包含由空间等离子体环境引起的表面充电以及由高能电子辐射环境引起的内部充电。书中还介绍了航天器充电效应的基本原理、引起充电的空间环境、试验及分析的方法等相关知识，并给出了大量图表数据和参考文献，以帮助读者更好地理解航天器充电效应。

作者简介

　　信太林，毕业于哈尔滨工业大学，现任上海卫星工程研究所副所长，航天科技集团公司学术技术带头人，享受政府特殊津贴。长期从事飞行器总体设计、空间环境及可靠性工作，曾获国防科学技术特等奖和一等奖各一项，部级科技进步三等奖两项，获国防专利三项，发表各类论文十余篇；张振龙，吉林大学学士、硕士，北京航空航天大学在职博士。中国科学院国家空间科学中心研究员，空间环境特殊效应实验室副主任，中国科学院大学岗位教授。长期从事空间环境效应研究及应用，曾主持国家重大专项、863计划等多项研究，曾为十余个卫星型号任务提供环境保障服务。

目　　录

第1 章　绪论 ………………………………………………………… 1
参考文献 …………………………………………………………… 5
第2 章　充放电物理基础 …………………………………………… 6
21　物理概念 ……………………………………………………… 6
211　等离子体 ………………………………………………… 6
212　穿透 ……………………………………………………… 8
213　电荷沉积 ……………………………………………… 11

第1 章　 绪论 ………………………………………………………… 1 参考文献 …………………………………………………………… 5 第2 章　 充放电物理基础 …………………………………………… 6 21　 物理概念 ……………………………………………………… 6 211　 等离子体 ………………………………………………… 6 212　 穿透 ……………………………………………………… 8 213　 电荷沉积 ……………………………………………… 11 214　 电导率与接地 ………………………………………… 11 215　 击穿电压 ……………………………………………… 12 216　 介电常数 ……………………………………………… 12 217　 屏蔽材料的密度 ……………………………………… 13 218　 可导致击穿的电子通量或注量 ……………………… 13 22　 电子环境 …………………………………………………… 14 221　 单位 …………………………………………………… 16 222　 亚暴环境说明 ………………………………………… 16 23　 航天器充电模型 …………………………………………… 18 231　 表面充电的物理过程 ………………………………… 18 232　 电介质充电的物理过程 ……………………………… 20 24　 放电特性 …………………………………………………… 21 241　 电介质表面击穿 ……………………………………… 23 242　 内部充电击穿 ………………………………………… 24 243　 航天器 空间击穿 ……………………………………… 25 25　 耦合模型 …………………………………………………… 25 251　 集总单元模型 ………………………………………… 25 252　 电磁耦合模型 ………………………………………… 26 参考文献 …………………………………………………………… 27 第3章　 航天器设计指南 …………………………………………… 30 31　 过程 ………………………………………………………… 30 311　 概述 …………………………………………………… 30 312　 设计 …………………………………………………… 32 313　 分析 …………………………………………………… 32 314　 试验 …………………………………………………… 32 315　 检验 …………………………………………………… 33 32　 设计指南 …………………………………………………… 33 321　 通用 ＥＳＤ 设计指南 …………………………………… 34 322　 表面 ＥＳＤ 设计指南 （不包括太阳能电池阵） ……… 46 323　 内部 ＥＳＤ 设计指南 …………………………………… 48 324　 太阳能电池阵 ＥＳＤ 设计指南 ………………………… 51 325　 特殊情况下的 ＥＳＤ 设计指南 ………………………… 62 参考文献 …………………………………………………………… 68 第4章　 航天器试验技术 …………………………………………… 72 41　 试验原理 …………………………………………………… 72 42　 参数模拟 …………………………………………………… 74 43　 通用试验方法 ……………………………………………… 75 431　 ＥＳＤ 产生设备 ………………………………………… 75 432　 ＥＳＤ 试验方法 ………………………………………… 79 参考文献 …………………………………………………………… 87 第5章　 控制及监测技术 …………………………………………… 88 51　 航天器电荷主动控制 ……………………………………… 88 52　 环境及效应监测 …………………………………………… 89 参考文献 …………………………………………………………… 90 第6章　 材料列表及说明 …………………………………………… 91 61　 电介质材料列表 …………………………………………… 91 62　 导电材料列表 ……………………………………………… 93 参考文献 …………………………………………………………… 94 附录 Ａ　 术语表 ……………………………………………………… 95 Ａ1　 常数和单位 ………………………………………………… 95 Ａ2　 缩略词 ……………………………………………………… 97 Ａ3　 名词………………………………………………………… 104 Ａ4　 变量………………………………………………………… 106 Ａ5　 符号………………………………………………………… 107 附录 Ｂ　 空间环境 ………………………………………………… 108 Ｂ1　 空间环境介绍……………………………………………… 108 Ｂ11　 空间环境的定量描述 ……………………………… 108 Ｂ12　 数据来源……………………………………………… 112 Ｂ2　 地球同步轨道环境………………………………………… 116 Ｂ21　 地球同步轨道等离子体环境………………………… 116 Ｂ22　 地球同步轨道高能粒子环境………………………… 121 Ｂ3　 其他地球轨道环境………………………………………… 127 Ｂ31　 ＭＥＯ ………………………………………………… 127 Ｂ32　 ＰＥＯ …………………………………………………… 128 Ｂ33　 莫尼亚轨道…………………………………………… 129 Ｂ4　 其他空间环境……………………………………………… 129 Ｂ41　 太阳风………………………………………………… 129 Ｂ42　 地球、 木星和土星磁层的对比……………………… 132 参考文献 ………………………………………………………… 137 附录 Ｃ　 环境、 电子输运及航天器充电计算程序 ………………… 140 Ｃ1　 环境程序…………………………………………………… 140 Ｃ11　 ＡＥ8／ ＡＰ8 …………………………………………… 140 Ｃ12　 ＣＲＲＥＳ ……………………………………………… 140 Ｃ13　 内部充电通量模型 （ＦＬＵＭＩＣ） …………………… 141 Ｃ14　 ＧＩＲＥ／ ＳＡＴＲＡＤ ……………………………………… 141 Ｃ15　 地球物理与空间环境手册…………………………… 141 Ｃ16　 Ｌ2 带电粒子环境 （Ｌ2 ＣＰＥ） …………………… 141 Ｃ17　 ＭＩＬ ＳＴＤ 1809， ＵＳＡＦ 空间飞行器的空间环境 …… 142 Ｃ18　 地球同步轨道等离子体模型………………………… 142 Ｃ19　 其他…………………………………………………… 142 Ｃ2　 输运程序…………………………………………………… 142 Ｃ21　 ＣＲＥＭＥ96 …………………………………………… 143 Ｃ22　 ＥＧＳ4 ………………………………………………… 143 Ｃ23　 Ｇｅａｎｔ4 ………………………………………………… 143 Ｃ24　 ＩＴＳ …………………………………………………… 144 Ｃ25　 ＭＣＮＰ ／ ＭＣＮＰＥ ……………………………………… 144 Ｃ26　 ＮＯＶＩＣＥ ……………………………………………… 145 Ｃ27　 ＮＵＭＩＴ ……………………………………………… 145 Ｃ28　 ＳＨＩＥＬＤＯＳＥ ………………………………………… 146 Ｃ29　 ＳＰＥＮＶＩＳ／ ＤＩＣＴＡＴ …………………………………… 146 Ｃ210　 ＴＲＩＭ ………………………………………………… 146 ·Ⅷ· 航天器充电效应防护设计手册 Ｃ211　 汇总 ………………………………………………… 147 Ｃ3　 充电程序…………………………………………………… 147 Ｃ31　 ＥＷＢ ………………………………………………… 147 Ｃ32　 ＭＵＳＣＡＴ ……………………………………………… 148 Ｃ33　 Ｎａｓｃａｐ 2ｋ 及 ＮＡＳＣＡＰ 系列充电程序 …………… 148 Ｃ34　 ＳＥＥ 交互式航天器充电手册………………………… 149 Ｃ35　 ＳＰＩＳ …………………………………………………… 149 参考文献 ………………………………………………………… 150 附录 Ｄ　 内部充电分析 …………………………………………… 154 Ｄ1　 电介质充电的物理原理…………………………………… 154 Ｄ2　 内部充电简单分析………………………………………… 156 Ｄ3　 详细分析…………………………………………………… 158 Ｄ4　 航天器级分析……………………………………………… 158 Ｄ41　 剂量与通量之间的转换……………………………… 159 参考文献 ………………………………………………………… 160 附录 Ｅ　 试验方法 ………………………………………………… 161 Ｅ1　 电子束试验………………………………………………… 161 Ｅ2　 绝缘强度／击穿电压 ……………………………………… 163 Ｅ3　 电阻率／电导率的确定 …………………………………… 163 Ｅ4　 体电阻率的简单测量方法………………………………… 164 Ｅ5　 基于电子束的电阻率试验方法…………………………… 165 Ｅ6　 非接触式电位计电阻率测量方法………………………… 166 Ｅ7　 介电常数、 时间常数……………………………………… 167 Ｅ8　 Ｖｚａｐ 试验 ………………………………………………… 169 Ｅ9　 脉冲干扰试验……………………………………………… 170 Ｅ10　 部件／组件试验…………………………………………… 173 Ｅ11　 表面充电 ＥＳＤ 试验环境 ………………………………… 173 Ｅ12　 系统级航天器内部 ＥＳＤ 试验 …………………………… 173 参考文献 ………………………………………………………… 174 附录 Ｆ　 旅行者号 ＳＥＭＣＡＰ 分析 ………………………………… 175 参考文献 ………………………………………………………… 176 附录 Ｇ　 用于航天器表面充电简单分析的方程…………………… 177 参考文献 ………………………………………………………… 180 附录 Ｈ　 电路板空白区域防充电设计原理 ……………………… 181 参考文献 ………………………………………………………… 184 附录 Ｉ　 地球同步轨道最恶劣环境的附加描述…………………… 185 参考文献 ………………………………………………………… 187 附录 Ｊ　 航天器充电相关重要文献………………………………… 188 Ｊ1　 美国官方文档 ……………………………………………… 188 Ｊ11　 ＤｏＤ …………………………………………………… 188 Ｊ12　 ＮＡＳＡ ………………………………………………… 190 Ｊ2　 非美国官方文档 …………………………………………… 191 Ｊ21　 美国材料试验协会 （ＡＳＴＭ） ……………………… 191 Ｊ22　 欧洲空间标准合作组织 （ＥＣＳＳ） …………………… 192 Ｊ23　 欧洲空间研究和技术中心 …………………………… 192 Ｊ24　 日本宇宙航空研究开发机构 （ＪＡＸＡ） …………… 192 Ｊ25　 其他 …………………………………………………… 193

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前　　言

　　本书的用途有几个方面：第一，它可以作为单独的参考书，其中包含详细的设计建议要求，以及减小航天器充电和静电放电效应威胁的流程；第二，它包含了大量附录和参考资料，可以帮助读者定量地理解和评估航天器充电现象。本书意在描述在什么条件下航天器充电会成为一个需要关注的问题，解释为什么会产生问题、罗列典型的设计方法，并对解决具体问题的设计过程进行介绍。本书可作为一本工程用的工具书，供航天工程师、系统设计师、项目管理者，以及其他关注航天器空间环境效应的人士使用。当然，将所有需要的知识集中到一本书里是不可能的，本书仅能作为初步的参考和核对，用来鉴别航天器充电对于某一特定任务而言是否存在隐患。如果结论是肯定的，建议项目管理者聘请有经验的静电放电及等离子体相互作用方面的专家进行详细的分析。本书参考了大量已发表和未发表文献中的空间环境数据和素材。需要说明的是，本书源自２０１１年３月ＮＡＳＡ发布的ＮＡＳＡ－ＨＤＢＫ－４００２Ａ技术手册。
　　航天器充电可定义为电荷在航天器材料内部或表面上的积累，是航天器在某些特定地球轨道或者其它行星轨道环境下发生的一个重要现象。航天器表面在空间等离子体环境作用下的电荷积累以及控制和减缓表面充电的设计，已经在１９８４年发布的ＮＡＳＡＴＰ－２３６１（ＤｅｓｉｇｎＧｕｉｄｅｌｉｎｅｓｆｏｒＡｓｓｅｓｓｉｎｇａｎｄＣｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇＳｐａｃｅｃｒａｆｔＣｈａｒｇｉｎｇ

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