空间材料不等量带电特性研究

The neighboring surfaces differential charging of complex structures on the spacecraft is an important factor to cause electrostatic discharge between materials, which can be damaging to the function and security of the satellites. As the type and composition of the spacecraft surface materials become more complex, and more metal with dielectric materials or multilayer are used in space radiation environment, which brings new challenge to the differential charging research. We propose novel methods both in simulation and tests to study the differential charging by adopting equivalent charging models replacing the typical surface structures. With potential analysis of neighboring surface materials based on SPIS software, differential charging simulation method and model for typical spacecraft materials will be developed. The differential charging of test sample will be measured under energetic electrons, ions and UV source irradiations. The differential charging regularities from charging models with different composition, area and grounding way will be obtained through our research. This research will provide theory and experiment references for active potential control, space materials selection and bonding.

航天器表面材料的不等量带电是诱发材料间静电放电的重要因素，严重威胁卫星的功能与安全。目前，航天器表面的材料类型和布局愈加复杂，多种金属和介质材料及多层混合结构材料暴露于空间辐射环境中，这为航天器表面不等量带电研究带来了困难。本项目把航天器表面各典型区域的材料结构等效成不同的不等量带电模型，首次从仿真和实验两个方面对表面材料的不等量带电特性进行综合研究，理论上通过建立仿真数值模型获得表面多种材料不等量带电规律，实验上首次在电子和离子辐照环境下引入太阳模拟紫外光源进行不等量带电测试。本研究将获得不同布局、材料面积和接地方式下材料的不等量带电规律，最终建立空间材料不等量带电数据库，为表面电位主动控制及空间材料的选用和拼接提供重要依据。

航天器表面材料的不等量带电是诱发材料间静电放电的重要因素，严重威胁卫星的功能与安全。目前，航天器表面的材料类型和布局愈加复杂，多种金属和介质材料及多层混合结构材料暴露于空间辐射环境中，这为航天器表面不等量带电研究带来了困难。本项目把航天器表面各典型区域的材料结构等效成不同的不等量带电模型，从仿真和实验两个方面对表面材料的不等量带电特性进行综合研究，理论上通过建立仿真数值模型获得表面多种材料不等量带电规律，实验上在电子和离子辐照环境下进行不等量带电测试。本项研究结果显示，在航天器表面材料结构复杂的部位，材料发生不等量带电的可能性较大，并且在空间最严酷充电环境下，材料发生不等量带电的可能性最大。航天器容易发生不等量带电的部位包括太阳电池阵、SADA部件以及表面孤立材料结构等，对于单一材料结构，面积越大材料中心的最高充电电位和顶角处最大电位梯度也越大，充电越严重；而对于平接、搭接以及金属-介质结构而言，不同材料具有不同的表面电位，在没有良好接地的情况下，相邻表面之间在最严酷充电环境下容易形成电位差进而产生静电放电。同时，材料特性、光照情况以及材料表面的势垒和势阱对材料的不等量带电产生重要影响。研究结果将为表面电位主动控制及空间材料的选用和拼接提供重要依据。