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空间站快速充电事件的机理研究

物理学报 2013年第9期62卷 566-573页

作者：黄建国易忠孟立飞赵华刘业楠北京卫星环境工程研究所研发中心北京100094 可靠性与环境工程技术重点实验室 100094

空间站等大型航天器由于采用高压太阳电池阵而引发的带电问题成为近年来航天器带电研究领域的热点问题.近年来观测到国际空间站(ISS)在出地影瞬间产生的"快速带电"事件(也称"异常带电"),再度引起了对低轨道航天器充电效应的深入研究."... 详细信息

空间站等大型航天器由于采用高压太阳电池阵而引发的带电问题成为近年来航天器带电研究领域的热点问题.近年来观测到国际空间站(ISS)在出地影瞬间产生的"快速带电"事件(也称"异常带电"),再度引起了对低轨道航天器充电效应的深入研究."快速带电"事件的特征为,集中出现在出地影的瞬间,在几秒内快速上升到较高电位(30—70V),然后在几十秒时间内缓慢衰降,相对高压电池阵本身引起的结构体带电(称为"正常带电",一般在30V以下)严重得多.目前国际上对"快速带电"的研究尚不充分.本文在Furguson等人机理研究工作的基础上,首次建立了描述"快速带电"事件的物理模型,定量揭示了其充电过程的主要机理.根据该模型对国际空间站的"快速带电"进行计算,结果与观测到的典型充电脉冲符合,模型预测的快速带电事件的统计规律也与观测结果基本一致.

关键词：表面充电等离子体空间站高压太阳电池阵

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空间站快速充电效应的物理过程及特征

物理学报 2013年第22期62卷 445-451页

作者：黄建国易忠孟立飞赵华刘业楠可靠性与环境工程技术重点实验室北京100094 北京卫星环境工程研究所北京100094

"快速充电事件"是国际空间站2006年首次观测到的一种充电现象,在出地影瞬间的1—3 s内航天器结构体被迅速充到30—70 V的负电位,显著超过空间站的安全设计标准,一度引起国际航天界的关注.目前国际上对"快速带电"的研究尚不充分.基于Furg... 详细信息

"快速充电事件"是国际空间站2006年首次观测到的一种充电现象,在出地影瞬间的1—3 s内航天器结构体被迅速充到30—70 V的负电位,显著超过空间站的安全设计标准,一度引起国际航天界的关注.目前国际上对"快速带电"的研究尚不充分.基于Furguson等的研究,本文建立了快速充电的物理模型,对快速充电的机理和规律给出了合理的解释.计算及分析结果表明:快速充电是在航天器出地影瞬间由高压太阳电池阵的光伏激发过程驱动的,是一种非平衡态的充电过程;快速充电脉冲主要是由于在太阳帆板电压的快速启动过程中帆板上的电子充电电流未及时被玻璃盖片的充电所阻塞而导致的,当快速充电过程达到平衡时便表现为"正常充电事件";快速充电的幅度主要取决于太阳帆板电压的启动时间、启动方式等,因此表现出一定的离散性,但随着等离子体密度的增大而衰减,与国际空间站观测结果一致.

关键词：表面充电等离子体国际空间站高压太阳电池阵

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金星大气声波传播特性研究以及光学遥感

地球物理学报 2022年第7期65卷 2421-2431页

作者：张莹易忠任志鹏葛亚松彭吉龙于钱刘业楠院小雪北京卫星环境工程研究所北京100094 地球与行星物理重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

行星地震能够在大气中激发声波,该波动携带地震信息在大气中上传,可以作为行星地震监测研究的示踪目标.本文研究了不同频率的声波,在金星背景大气条件下的上传特征.通过计算大气密度分布、大气黏滞性和热传导效应引起的声波振幅变化,得... 详细信息

行星地震能够在大气中激发声波,该波动携带地震信息在大气中上传,可以作为行星地震监测研究的示踪目标.本文研究了不同频率的声波,在金星背景大气条件下的上传特征.通过计算大气密度分布、大气黏滞性和热传导效应引起的声波振幅变化,得到不同频率声波的振幅高度剖面.研究发现低频声波能够上传到较高高度,且振幅出现显著放大.根据振幅的高度分布以及金星光学辐射特征可以得到,通过光学遥感的方式探测金星声波扰动时,所选波段对应的辐射高度应为90 km附近及以上,并据此筛选了探测的可用频段.该研究结果为金星地质活动光学遥感探测的参数选择提供了参考.

关键词：金星大气声波衰减特征光学遥感

LEO航天器高压大功率太阳电池阵静电放电试验与分析

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航天器工程 2015年第4期24卷 65-70页

作者：朱立颖乔明刘业楠陈琦北京空间飞行器总体设计部北京100094 北京卫星环境工程研究所北京100094

为了避免低地球轨道(LEO)航天器的高压大功率太阳电池阵与等离子体相互作用而发生静电放电(ESD)现象,导致太阳电池阵弧光放电引起太阳电池阵失效,须要确定高压大功率太阳电池阵产生一次放电和二次放电的电压阈值。文章模拟LEO真空等离... 详细信息

为了避免低地球轨道(LEO)航天器的高压大功率太阳电池阵与等离子体相互作用而发生静电放电(ESD)现象,导致太阳电池阵弧光放电引起太阳电池阵失效,须要确定高压大功率太阳电池阵产生一次放电和二次放电的电压阈值。文章模拟LEO真空等离子环境,采用刚性基板三结砷化镓太阳电池试件,试验研究了LEO条件下发生一次放电和二次放电的电压阈值。试验结果表明:试件发生一次放电的电压阈值为95V;在提高电池串间隙时,发生二次放电的电压阈值由120V提高到145V。分析一次放电和二次放电的产生原因可知:一次放电主要发生在三交结区;二次放电是由电子轰击产生的,2.0mm间隙可以有效提高二次放电电压阈值。此研究结果可为LEO高压大功率太阳电池阵的设计提供参考。

关键词：低地球轨道航天器太阳电池阵静电放电电压阈值

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高压太阳电池阵诱发的航天器充电及放电机理

中国科学：地球科学 2015年第1期45卷 43-51页

作者：黄建国刘国青姜利祥刘业楠张超焦子龙孙继鹏北京航空航天大学可靠性与环境工程技术国防科技重点实验室北京100094 北京卫星环境工程研究所北京100094

介绍了关于高压太阳电池阵引发的充电和放电效应的机理、模型及测试结果.空间站等低轨道航天器由于采用高压太阳电池阵会诱发结构体带电,主要包括正常充电和快速充电现象,以国际空间站为研究对象在分析充电机理的基础上分别建立了快速... 详细信息

介绍了关于高压太阳电池阵引发的充电和放电效应的机理、模型及测试结果.空间站等低轨道航天器由于采用高压太阳电池阵会诱发结构体带电,主要包括正常充电和快速充电现象,以国际空间站为研究对象在分析充电机理的基础上分别建立了快速充电的物理模型,计算得到典型环境下的快速充电脉冲特征以及正常充电电位幅度与观测结果十分吻合.结果表明,快速充电是由出地影瞬间高压电池阵的帆板电压的快速启动所驱动的,而环境等离子体对玻璃盖片的充电未能快速响应并及时堵塞帆板的电子收集通道,从而导致了悬浮电位瞬间快速上升;快速充电是一种非平衡的充电过程,当发展到平衡态时即表现为正常充电.高压电池阵诱发的放电则与电池阵的结构特征密切相关,在电池阵上"金属-介质-等离子体"构成的三结合部存在负电位梯度时会发生一次放电,若一次放电出现于存在高电压梯度的相邻电池串之间时会诱发二次放电,二者都依赖于电池的结构参数.通过实验研究了一次放电和二次放电的阈值条件及其对电池结构参数的依赖关系,结果表明采用宽电池间隙、涂RTV胶对减缓两种放电均有显著效果;但对于二次放电而言,RTV胶的使用在延缓二次放电的发生同时也增加了二次放电的严重性.

关键词：高压太阳电池阵等离子体航天器充电放电

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宇航电绝缘材料深空环境适应性研究

宇航材料工艺 2021年第5期51卷 152-160页

作者：王志浩刘业楠于澜涛王思展崔乃元北京卫星环境工程研究所北京100094

宇航电绝缘材料是深空探测器电信号传递和作用的界限,评估宇航电绝缘材料的环境适应性是材料选择,绝缘设计及工艺处理过程中需要考虑和优化的项目。本文从材料电绝缘性能关联的环境因素入手,介绍了深空辐射环境、热环境、气体环境及颗... 详细信息

宇航电绝缘材料是深空探测器电信号传递和作用的界限,评估宇航电绝缘材料的环境适应性是材料选择,绝缘设计及工艺处理过程中需要考虑和优化的项目。本文从材料电绝缘性能关联的环境因素入手,介绍了深空辐射环境、热环境、气体环境及颗粒物环境及其效应,给出了深空环境适应性评估流程及验证项目及方法,为宇航电绝缘材料的选用和评估提供参考。

关键词：电绝缘深空环境适应性评估方法

空间近紫外辐照聚酰亚胺薄膜力学性能演化机理

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真空科学与技术学报 2016年第4期36卷 482-487页

作者：沈自才高鸿牟永强白羽丁义刚刘业楠王志浩北京卫星环境工程研究所北京100094 中国空间技术研究院宇航物资保障事业部北京100094

空间近紫外辐射环境可造成航天器用聚酰亚胺(PI)薄膜力学性能将发生变化。本文利用空间综合辐照地面模拟试验装置和热重分析、X射线光电子能谱(XPS)分析等微观测试对空间近紫外辐射环境下均苯型PI薄膜力学性能演化与机理进行了研究。研... 详细信息

空间近紫外辐射环境可造成航天器用聚酰亚胺(PI)薄膜力学性能将发生变化。本文利用空间综合辐照地面模拟试验装置和热重分析、X射线光电子能谱(XPS)分析等微观测试对空间近紫外辐射环境下均苯型PI薄膜力学性能演化与机理进行了研究。研究发现,均苯型PI薄膜的抗拉强度和断裂伸长率随着近紫外曝辐量的增加先降低后增加,最后趋于稳定;由热重分析可知,近紫外辐照后PI薄膜的热重损失温度出现明显下降;由XPS分析可知,分子键的断裂和交联是PI力学性能变化的主要原因,在近紫外辐照初期以断裂为主,随着近紫外曝辐量的增加,以交联为主。

关键词：聚酰亚胺力学性能近紫外辐照机理

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空间等离子体环境模拟与地面试验技术

真空科学与技术学报 2008年第3期28卷 203-207页

作者：童靖宇孙立臣贾瑞金刘业楠北京卫星环境工程研究所北京100094

为了研究电离层等离子体环境与航天器的相互作用，北京卫星环境工程研究所研究了一台空间等离子体模拟试验设备。设备尺寸为Φ1500mm×3000mm，采用微波电子回旋共振等离子体源，试验容器的等离子体密度为10^4／cm^3—10^6／cm^3可调，... 详细信息

为了研究电离层等离子体环境与航天器的相互作用，北京卫星环境工程研究所研究了一台空间等离子体模拟试验设备。设备尺寸为Φ1500mm×3000mm，采用微波电子回旋共振等离子体源，试验容器的等离子体密度为10^4／cm^3—10^6／cm^3可调，等离子体温度-1eV，等离子体不均匀度小于25％。在这台设备上进行了高压太阳电池阵模块等离子体带电试验研究，观察到了互连片与玻璃盖片三角区的触发放电及相邻电池串间的二次放电现象，获得了放电阈值、放电率及放电波形等参数，为高压太阳电池阵等离子体带电防护设计提供了试验数据。

关键词：等离子体模拟设备带电试验高压太阳电池阵电弧放电

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一种60 kV焊接用太空电子枪的设计研究

航空制造技术 2023年第3期66卷 119-124页

作者：王海洋董全林赵然张永泰王思展刘业楠北京航空航天大学北京100083 迪瑞医疗科技股份有限公司长春130012 北京卫星环境工程研究所北京100094

采取间热式阴极加热方式并选取LaB6作为阴极材料,设计了一种焊接用太空电子枪。利用Vaughan综合迭代法得出了电子枪的初值,根据这些初值设计了电子枪的3极结构,并对磁透镜进行了设计。通过仿真不断地对电子枪的3个电极和透镜的参数进行... 详细信息

采取间热式阴极加热方式并选取LaB6作为阴极材料,设计了一种焊接用太空电子枪。利用Vaughan综合迭代法得出了电子枪的初值,根据这些初值设计了电子枪的3极结构,并对磁透镜进行了设计。通过仿真不断地对电子枪的3个电极和透镜的参数进行适当地调整,以使仿真结果满足实际设计目标要求,同时在透镜的调试过程中进行了规律性分析。试验表明,该设计满足总发射束流60 mA和交叉斑直径0.3 mm,以及在工作距离300 mm处束斑0.4 mm的目标参数,此设计方法和整套设计流程可以为电子枪的设计提供一定的参考。

关键词：焊接用太空电子枪 LaB6阴极 Vaughan综合迭代法磁透镜 Source仿真