Polar卫星在低高度时表面高电位的统计研究

发布时间：2020-08-09 10:26

【摘要】：航天器在绝大部分时间都是在空间等离子体中的,航天器在等离子体中会发生表面充电,发生充电的因为空间环境电子和离子通量之间的差异。和各类离子相比,电子质量较小,运动速度更快。所以,空间环境电子通量远大于环境离子通量。由于航天器充电会对航天器上的电子设备和科学测量造成不同程度的影响,在小的方面,对科学测量造成干扰,在大的方面,可能会让航天器出现故障,甚至影响导航、控制等方面。前人对航天器充电的研究较为全面,但是对于航天器在低高度表面出现高电位的情况并没有研究和讨论。基于Polar卫星1996-2008年间的表面电压和卫星坐标,研究了卫星在低高度时出现高电位(为了简便,后文简称这种情况为“异常事件”)与太阳活动的关系,以及异常事件出现的位置的磁地方时(MLT)分布。得出以下结论:(1)太阳辐射与事件的发生次数正相关,但是太阳辐射并不会影响航天器表面电位。(2)太阳活动与事件发生占比呈正向相关的关系,太阳活动越活跃,异常事件出现次数越多;同时,事件发生占比呈现一种季节性变化的趋势。(3)在太阳活动高年,冬季和夏季时次数较多,春季和秋季时次数较少。在太阳活动低年,每个月的次数都维持在一个较低的水平。但是一个月内异常事件次数并没有明显规律。(4)在分布方面,南北半球有很多相似的地方:异常事件并不会发生在地磁纬度50°到60°之间的区域,而在极区和昏侧发生的次数较多。但是,南北半球也有不同的地方:异常事件在南半球发生得更多更集中。(5)虽然太阳活动与航天器在低高度时表面出现高电位的次数正相关,但是即使是在太阳活动高年,异常事件发生率也不超过10%。所以对于卫星表面正电位的控制可以随着太阳周期开启和关闭,在太阳低年可以节省卫星的能源给更需要能量的设备。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V419.2;V44
【图文】：

航天器,等离子体,表面,表面充电

当航天器具有正或负的净电荷时，净电被认为是中性的。虽然等离子体的密度子体频率的倒数）比航天器表面电压变间等离子体密度波动，航天器表面充电天器的电容。在航天器充电中，空间等绝对的而是相对的。在这个领域里，航来定义的，而空间等离子体电位被定义等离子体电位不是零了，那么这个航天

航天器,电介质,表面,情况

第一章绪论对于表面材料导电率低的航天器而言，表面电位可能会不同于典型航航天器表面的电位在阳光下也可能是负的。因为即使是在阳光的照射下总是存在一个暗侧，没有光照在暗侧。在没有光照的情况下，暗侧被环子撞击，能达到一个很高的负电压。来自暗侧的高压等值线将包裹住接一侧，阻挡光电子从航天器表面发射出来（图 1.2）[7][8][9]。

曲线,初级电子,能量,表面材料

图 1.3 显示了具有垂直入射的初级电子的典型表面材料上，二次电子数量 (E)与环境电子能量之间的关系。通常， (E)曲线以 (E) 开始。即此时没有电子可以离开表面。对于某些材料而言，当环境电子能量处于到的能量范围， (E)超过了 1。这两个点，和，通常称为单位交叉点（unitycrossingpoints），取决于表面材料特性，表面杂质，平滑度和电子入射角。 (E) 当超过时， (E)低于 1 并且在高能量（几千电子伏特）下缓慢且单调地向零减小。当 E 达到更高的能量时， (E)会变小是因为此时的初级电子拥有更多的能量，这些能量能够让电子深入到材料之中，但是经过一次反射，二次电子所拥有的能量大大降低，并不足以让电子穿透材料发射出来。 (E) 当

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