航天器充电效应防护设计手册

第1 章　 绪论 ………………………………………………………… 1参考文献 …………………………………………………………… 5第2 章　 充放电物理基础 …………………………………………… 621　 物理概念 ……………………………………………………… 6211　 等离子体 ………………………………………………… 6212　 穿透 ……………………………………………………… 8213　 电荷沉积 ……………………………………………… 11214　 电导率与接地 ………………………………………… 11215　 击穿电压 ……………………………………………… 12216　 介电常数 ……………………………………………… 12217　 屏蔽材料的密度 ……………………………………… 13218　 可导致击穿的电子通量或注量 ……………………… 1322　 电子环境 …………………………………………………… 14221　 单位 …………………………………………………… 16222　 亚暴环境说明 ………………………………………… 1623　 航天器充电模型 …………………………………………… 18231　 表面充电的物理过程 ………………………………… 18232　 电介质充电的物理过程 ……………………………… 2024　 放电特性 …………………………………………………… 21241　 电介质表面击穿 ……………………………………… 23242　 内部充电击穿 ………………………………………… 24243　 航天器 空间击穿 ……………………………………… 2525　 耦合模型 …………………………………………………… 25251　 集总单元模型 ………………………………………… 25252　 电磁耦合模型 ………………………………………… 26参考文献 …………………………………………………………… 27第3章　 航天器设计指南 …………………………………………… 3031　 过程 ………………………………………………………… 30311　 概述 …………………………………………………… 30312　 设计 …………………………………………………… 32313　 分析 …………………………………………………… 32314　 试验 …………………………………………………… 32315　 检验 …………………………………………………… 3332　 设计指南 …………………………………………………… 33321　 通用 ｅｓｄ 设计指南 …………………………………… 34322　 表面 ｅｓｄ 设计指南 （不包括太阳能电池阵） ……… 46323　 内部 ｅｓｄ 设计指南 …………………………………… 48324　 太阳能电池阵 ｅｓｄ 设计指南 ………………………… 51325　 特殊情况下的 ｅｓｄ 设计指南 ………………………… 62参考文献 …………………………………………………………… 68第4章　 航天器试验技术 …………………………………………… 7241　 试验原理 …………………………………………………… 7242　 参数模拟 …………………………………………………… 7443　 通用试验方法 ……………………………………………… 75431　 ｅｓｄ 产生设备 ………………………………………… 75432　 ｅｓｄ 试验方法 ………………………………………… 79参考文献 …………………………………………………………… 87第5章　 控制及监测技术 …………………………………………… 8851　 航天器电荷主动控制 ……………………………………… 8852　 环境及效应监测 …………………………………………… 89参考文献 …………………………………………………………… 90第6章　 材料列表及说明 …………………………………………… 9161　 电介质材料列表 …………………………………………… 9162　 导电材料列表 ……………………………………………… 93参考文献 …………………………………………………………… 94附录 ａ　 术语表 ……………………………………………………… 95ａ1　 常数和单位 ………………………………………………… 95ａ2　 缩略词 ……………………………………………………… 97ａ3　 名词………………………………………………………… 104ａ4　 变量………………………………………………………… 106ａ5　 符号………………………………………………………… 107附录 ｂ　 空间环境 ………………………………………………… 108ｂ1　 空间环境介绍……………………………………………… 108ｂ11　 空间环境的定量描述 ……………………………… 108ｂ12　 数据来源……………………………………………… 112ｂ2　 地球同步轨道环境………………………………………… 116ｂ21　 地球同步轨道等离子体环境………………………… 116ｂ22　 地球同步轨道高能粒子环境………………………… 121ｂ3　 其他地球轨道环境………………………………………… 127ｂ31　 ｍｅｏ ………………………………………………… 127ｂ32　 ｐｅｏ …………………………………………………… 128ｂ33　 莫尼亚轨道…………………………………………… 129ｂ4　 其他空间环境……………………………………………… 129ｂ41　 太阳风………………………………………………… 129ｂ42　 地球、 木星和土星磁层的对比……………………… 132参考文献 ………………………………………………………… 137附录 ｃ　 环境、 电子输运及航天器充电计算程序 ………………… 140ｃ1　 环境程序…………………………………………………… 140ｃ11　 ａｅ8／ ａｐ8 …………………………………………… 140ｃ12　 ｃｒｒｅｓ ……………………………………………… 140ｃ13　 内部充电通量模型 （ｆｌｕｍｉｃ） …………………… 141ｃ14　 ｇｉｒｅ／ ｓａｔｒａｄ ……………………………………… 141ｃ15　 地球物理与空间环境手册…………………………… 141ｃ16　 ｌ2 带电粒子环境 （ｌ2 ｃｐｅ） …………………… 141ｃ17　 ｍｉｌ ｓｔｄ 1809， ｕｓａｆ 空间飞行器的空间环境 …… 142ｃ18　 地球同步轨道等离子体模型………………………… 142ｃ19　 其他…………………………………………………… 142ｃ2　 输运程序…………………………………………………… 142ｃ21　 ｃｒｅｍｅ96 …………………………………………… 143ｃ22　 ｅｇｓ4 ………………………………………………… 143ｃ23　 ｇｅａｎｔ4 ………………………………………………… 143ｃ24　 ｉｔｓ …………………………………………………… 144ｃ25　 ｍｃｎｐ ／ ｍｃｎｐｅ ……………………………………… 144ｃ26　 ｎｏｖｉｃｅ ……………………………………………… 145ｃ27　 ｎｕｍｉｔ ……………………………………………… 145ｃ28　 ｓｈｉｅｌｄｏｓｅ ………………………………………… 146ｃ29　 ｓｐｅｎｖｉｓ／ ｄｉｃｔａｔ …………………………………… 146ｃ210　 ｔｒｉｍ ………………………………………………… 146·ⅷ· 航天器充电效应防护设计手册ｃ211　 汇总 ………………………………………………… 147ｃ3　 充电程序…………………………………………………… 147ｃ31　 ｅｗｂ ………………………………………………… 147ｃ32　 ｍｕｓｃａｔ ……………………………………………… 148ｃ33　 ｎａｓｃａｐ 2ｋ 及 ｎａｓｃａｐ 系列充电程序 …………… 148ｃ34　 ｓｅｅ 交互式航天器充电手册………………………… 149ｃ35　 ｓｐｉｓ …………………………………………………… 149参考文献 ………………………………………………………… 150附录 ｄ　 内部充电分析 …………………………………………… 154ｄ1　 电介质充电的物理原理…………………………………… 154ｄ2　 内部充电简单分析………………………………………… 156ｄ3　 详细分析…………………………………………………… 158ｄ4　 航天器级分析……………………………………………… 158ｄ41　 剂量与通量之间的转换……………………………… 159参考文献 ………………………………………………………… 160附录 ｅ　 试验方法 ………………………………………………… 161ｅ1　 电子束试验………………………………………………… 161ｅ2　 绝缘强度／击穿电压 ……………………………………… 163ｅ3　 电阻率／电导率的确定 …………………………………… 163ｅ4　 体电阻率的简单测量方法………………………………… 164ｅ5　 基于电子束的电阻率试验方法…………………………… 165ｅ6　 非接触式电位计电阻率测量方法………………………… 166ｅ7　 介电常数、 时间常数……………………………………… 167ｅ8　 ｖｚａｐ 试验 ………………………………………………… 169ｅ9　 脉冲干扰试验……………………………………………… 170ｅ10　 部件／组件试验…………………………………………… 173ｅ11　 表面充电 ｅｓｄ 试验环境 ………………………………… 173ｅ12　 系统级航天器内部 ｅｓｄ 试验 …………………………… 173参考文献 ………………………………………………………… 174附录 ｆ　 旅行者号 ｓｅｍｃａｐ 分析 ………………………………… 175参考文献 ………………………………………………………… 176附录 ｇ　 用于航天器表面充电简单分析的方程…………………… 177参考文献 ………………………………………………………… 180附录 ｈ　 电路板空白区域防充电设计原理 ……………………… 181参考文献 ………………………………………………………… 184附录 ｉ　 地球同步轨道*恶劣环境的附加描述…………………… 185参考文献 ………………………………………………………… 187附录 ｊ　 航天器充电相关重要文献………………………………… 188ｊ1　 美国官方文档 ……………………………………………… 188ｊ11　 ｄｏｄ …………………………………………………… 188ｊ12　 ｎａｓａ ………………………………………………… 190ｊ2　 非美国官方文档 …………………………………………… 191ｊ21　 美国材料试验协会 （ａｓｔｍ） ……………………… 191ｊ22　 欧洲空间标准合作组织 （ｅｃｓｓ） …………………… 192ｊ23　 欧洲空间研究和技术中心 …………………………… 192ｊ24　 日本宇宙航空研究开发机构 （ｊａｘａ） …………… 192ｊ25　 其他 …………………………………………………… 193