一種基于紫外led的航天器表面充電防護(hù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于紫外LED的表面充電防護(hù)方法，屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域、空間 輻射技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 空間中的熱等離子體與航天器表面材料相互作用會(huì)導(dǎo)致表面充放電效應(yīng)，充電電 流源包括充電電子電流、充電質(zhì)子電流、二次電子電流、背散射電子電流、光生電子電流、相 鄰表面由于電阻電容電感差別導(dǎo)致的電流、衛(wèi)星主動(dòng)發(fā)射的電子或離子電流等。當(dāng)所有的 電流源達(dá)到平衡，即總的充電電流等于零的時(shí)候，衛(wèi)星達(dá)到最終的充電電位。上述電流源除 了與空間等離子體環(huán)境有關(guān)外，還與表面材料特性相關(guān)。因此，不同材料之間可能會(huì)存在充 電電位差，這通常被稱(chēng)為相對(duì)帶電。當(dāng)航天器相鄰表面的相對(duì)帶電過(guò)高時(shí)會(huì)引發(fā)放電，由此 產(chǎn)生的電磁脈沖會(huì)干擾航天器的正常運(yùn)行。
[0003] 為緩解表面充放電效應(yīng)對(duì)航天器的影響，世界各國(guó)針對(duì)衛(wèi)星表面帶電防護(hù)技術(shù)開(kāi) 展了大量的研宄工作，其中被動(dòng)防護(hù)技術(shù)主要是控制表面材料的電阻率、接地、屏蔽和濾波 等，但是，對(duì)于一些特殊材料，由于工程應(yīng)用的限制，無(wú)法進(jìn)行被動(dòng)防護(hù)，這時(shí)也可采用主動(dòng) 防護(hù)技術(shù)。目前的主動(dòng)防護(hù)技術(shù)主要有電子發(fā)射法、離子回收法或兩者相結(jié)合的發(fā)射等離 子體法。電子發(fā)射法，是利用場(chǎng)致發(fā)射的原理，通過(guò)一定裝置將電子從航天器地發(fā)射至空 間，原理類(lèi)似于避雷針；離子回收法，主要用于帶負(fù)電的航天器電位控制，較高的負(fù)電位可 以使發(fā)射的離子通過(guò)庫(kù)倫作用返回航天器表面，中和表面的負(fù)電位；等離子體發(fā)射法，顧名 思義就是通過(guò)向外發(fā)射等離子體來(lái)控制電位，等離子體中既有負(fù)電荷也有正電荷，因此此 方法可以看成是電子發(fā)射法和離子回收法的綜合。目前通常采用電推力器實(shí)現(xiàn)主動(dòng)控制， 占用資源較大，設(shè)計(jì)復(fù)雜。
[0004] 理論分析與在軌監(jiān)測(cè)均表明，當(dāng)航天器表面受到光照時(shí)，光子激發(fā)出大量光電子， 使其表面充電電位遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于非光照區(qū)。因此，如果可以采用一種技術(shù)給航天器處于陰影區(qū) 的表面提供光照條件，則可以通過(guò)產(chǎn)生光電流調(diào)控航天器局部的帶電環(huán)境，達(dá)到緩解航天 器表面充電的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明涉及一種基于紫外LED的表面充電防護(hù)方法，該方法能夠在不改變航天器 表面設(shè)計(jì)的前提下，利用較低的能耗，緩解航天器表面帶電效應(yīng)。具體內(nèi)容包括以下步驟：
[0006] (1)計(jì)算航天器表面材料的光電流與入射光頻率和功率的關(guān)系；首先獲取航天器 表面材料的光電子發(fā)射系數(shù)，建立光電流與入射光光譜輻照度的關(guān)系：
[0007]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于紫外LED的航天器表面充電防護(hù)方法，其特征在于步驟為： (1) 計(jì)算航天器表面材料的光電流與入射光光譜輻照度的關(guān)系，首先獲取航天器表面 材料的光電子發(fā)射系數(shù)，建立光電流與入射光光譜輻照度關(guān)系：
其中Jph為光電流，單位為A/m2, f ( λ )為光電子產(chǎn)額，量綱為電子數(shù)/光子；p ( λ )為波 長(zhǎng)為λ的太陽(yáng)光譜輻照度平均值，單位為W?nT2 為元電荷的電量，等于1.6 X KT19 庫(kù)出為普朗克常量，6.626\1〇-34了，8;(：為光速，3\108111/8 ; (2) 根據(jù)步驟（1)得到的光電流與入射光光譜輻照度的關(guān)系，選擇一種合適的入射光 頻率，此時(shí)，光電流J與入射光光譜輻照度的關(guān)系為
(3) 計(jì)算航天器表面材料在軌充電電流密度I : I = Ie (V)-[I1 (V)+Ise (V)+Isi (V)+Ibse (V)] 其中、為注入電子流，I E(V)表明注入電子流為與航天器表面電位有關(guān)的函數(shù)； I1S注入離子流，I JV)表明注入離子流為與航天器表面電位有關(guān)的函數(shù)； Ise為來(lái)自電子的二次電子流，ISE (V)表明來(lái)自電子的二次電子流為與航天器表面電位 有關(guān)的函數(shù)； Isi為來(lái)自注入離子流的二次電子流，ISI(V)表明來(lái)自離子的二次電子流為與航天器表 面電位有關(guān)的函數(shù)； Ibse為來(lái)自注入電子流的背散射電子流，IBSE (V)表明來(lái)自注入電子流的背散射電子流 為與航天器表面電位有關(guān)的函數(shù)； 地球空間的等離子體可用單麥克斯韋一波爾茲曼分布來(lái)描述。麥克斯韋一波爾茲曼分 布Fi按下述公式計(jì)算。
式中： Fi(V) 一一第i種粒子的分布函數(shù)； Iii--第i種粒子的數(shù)密度，πΓ3; Ini--第i種粒子的質(zhì)量，kg ; k--波爾茲曼常數(shù)，1. 38 X KT23J · Γ1; Ti一一第i種粒子的溫度，K ; V--速度，m/s〇 根據(jù)麥克斯韋方程，應(yīng)該有：
其中：
Im= KsEIE，KsA電子的二次電子發(fā)射系數(shù)； Im= K S1Ip 1^為離子的二次電子發(fā)射系數(shù)； 1BSE= K bseIe，Kbse為背散射電子系數(shù)； (4) 根據(jù)（1)、（2)和（3)的結(jié)果，計(jì)算抵消充電電流所需的入射光功率，令J= I，得到 ρ(λ)； (5) 設(shè)計(jì)LED陣列及光纖耦合系統(tǒng)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種基于紫外LED的表面充電防護(hù)方法，屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域、空間輻射技術(shù)領(lǐng)域。計(jì)算航天器表面材料的光電流與入射光頻率和功率的關(guān)系；首先獲取航天器表面材料的光電子發(fā)射系數(shù)，建立光電流與入射光光譜輻照度的關(guān)系；(2)根據(jù)步驟(1)得到的光電流與入射光光譜輻照度的關(guān)系，選擇一種合適的入射光頻率；計(jì)算航天器表面材料在軌充電電流密度I；計(jì)算足以抵消充電電流所需的入射光功率，令J＝I，得到p(λ)。
【IPC分類(lèi)】G06F19-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104732094
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510145191
【發(fā)明人】盛麗艷, 李衍存, 蔡震波
【申請(qǐng)人】北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部
【公開(kāi)日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年3月30日