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航天器介质材料深层充放电效应模拟分析研究

发布时间:2018-03-13 09:28

  本文选题:介质深层充电 切入点:高能电子谱 出处:《南京航空航天大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:在轨航天器运行时会受到高能带电粒子的作用而引起空间辐射效应,其中,深层介质充放电是最具威胁的效应之一。高能粒子进入到材料深部,引起充放电过程,会产生直接的器件损伤,同时充放电过程中产生的放电电磁脉冲会干扰航天器电子系统的正常工作。对航天器介质深层充放电的研究,不仅是我国航天活动深入发展的保障,而且是我国航天器长寿命和高可靠性发展趋势的要求所在。首先,本文系统性地研究了航天器在轨运行时的空间环境因素以及可能产生的辐射效应,并作为后续研究的基础。其次介绍了航天器所处的轨道及其轨道下的高能辐射粒子分布,基于FLUMIC建立了外辐射带高能电子模型,得到了地球同步轨道最恶劣高能电子环境通量水平及能谱分布。其次,分别使用经验公式和Geant4模拟了卫星典型材料内部电子输运过程及能量分布,进而建立RIC解析模型求解了背面接地时介质材料内电场分布,改变了材料的参数,分析了介质材料的性能对其深层带电的影响。研究表明:材料密度对深层带电影响不大;本征电导率影响很大,当本征电导率高于111410????m时,不易发生介质深层带电问题;针对TEFLON这种材料厚度大于等于5mm时,裸露在GEO轨道上,最大电场能达到7.8×107V/m,可能会出现击穿。最后,根据深层充电的模式及形成电场的特点,研究了其放电机制,利用FDTD求解麦克斯韦方程组的方法,求解了特定电流脉冲下产生的电磁脉冲,研究了放电过程中产生的电磁辐射的时间结构和功率谱结构,为进行材料内带电效应评价和防护效应研究提供了依据。
[Abstract]:In orbit spacecraft, the space radiation effect will be caused by the action of high energy charged particles, among which, the charge and discharge of deep dielectric is one of the most threatening effects. Direct device damage will occur, and the electromagnetic pulse generated during charge and discharge will interfere with the normal operation of spacecraft electronic system. The study of deep charge and discharge of spacecraft dielectric is not only a guarantee for the further development of space activities in China. It is also the requirement of the development trend of long life and high reliability of spacecraft in China. Firstly, the space environment factors and the possible radiation effects of spacecraft in orbit operation are systematically studied in this paper. Secondly, the orbit of the spacecraft and the distribution of high-energy radiation particles under its orbit are introduced, and the high-energy electron model of the outer radiation band is established based on FLUMIC. The flux level and energy spectrum distribution of the most severe high energy electron environment in geosynchronous orbit are obtained. Secondly, the electron transport process and energy distribution in typical satellite materials are simulated by empirical formula and Geant4, respectively. Then the RIC analytical model is established to solve the electric field distribution in the dielectric material when the back ground is grounded, and the parameters of the material are changed, and the influence of the properties of the dielectric material on the deep charge is analyzed. The results show that the density of the material has little effect on the deep layer electrification. The intrinsic conductivity is very important when the intrinsic conductivity is higher than 111410? ? ? ? When the thickness of TEFLON is greater than or equal to 5 mm, the maximum electric field can reach 7.8 脳 10 ~ 7 V / m, and the maximum electric field can reach 7.8 脳 10 ~ 7 V / m. Finally, according to the mode of deep charging and the characteristics of forming electric field, The discharge mechanism is studied. The electromagnetic pulse generated by a specific current pulse is solved by using FDTD to solve Maxwell's equations. The time structure and power spectrum structure of electromagnetic radiation generated during discharge are studied. The results provide a basis for the evaluation of the internal electrification effect and the study of the protective effect.
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:V520

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