地球同步轨道卫星表面电位计算方法
【专利摘要】本发明提供一种地球同步轨道卫星表面电位计算方法,包括：获取地磁亚暴期间地球同步轨道卫星表面的空间环境参数，并根据所述空间环境参数确定所述空间的能量分布；根据所述能量分布确定所述卫星表面的等离子体的充电电流；根据卫星表面的材料参数确定卫星表面的二次电子及背散射电子发射电流和；根据所述充电电流和二次电子及背散射电子发射电流和，计算所述卫星表面电位；综合考虑到地磁亚暴期间等离子体环境下卫星表面的带电因素，包括等离子体的充电电流、卫星表面的二次电子及背散射电子发射电流和，具有较高的准确性。
【专利说明】地球同步轨道卫星表面电位计算方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及航天【技术领域】，尤其涉及一种地球同步轨道卫星表面电位计算方法。【背景技术】
[0002]当太阳耀斑发生时，太阳风与地球磁场相互作用会产生地磁亚暴现象，此时在地球同步轨道会产生能量在高能大通量等离子体，会使运行在地球同步轨道的卫星发生严重的表面带电效应。表面带电效应可能会产生具有瞬时高压和强电流特征的电磁脉冲，导致卫星上的敏感电子元器件损坏及组件误动作，干扰卫星与地面的通讯，甚至造成卫星飞行任务的失败。
[0003]由于空间等尚子体中电子和尚子的能量相同，而尚子质量为电子质量的1800倍，因此电子运动速度大于离子运动速度，导致电子充电电流远大于离子电流，因此卫星表面材料将带负电位。然而在卫星表面充电过程中，材料表面负电位将抑制空间电子充电电流，并增强离子中和电流，同时对材料表面二次电子和背散射电子发射产生影响，因此卫星表面充电过程十分复杂。
[0004]文献“闻德葵，GEO地磁亚暴多能量电子带电评估方法研究，《航天器环境工程》”介绍了 GEO轨道地磁亚暴环境下表面带电效应评估方法，并采用工程软件和地面试验对航天器充电电位进行评估。然而文献中采用的计算软件未考虑表面电位对空间粒子充电电流和次级电子发射的影响，同时在其计算过程中将空间等离子体能量设置为单个和两个能量点，无法真实反映空间等离子体的能谱分布，导致其计算准确性差。
【发明内容】
[0005]在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0006]本发明提供一种地球同步轨道卫星表面电位计算方法，包括:
[0007]获取地磁亚暴期间地球同步轨道卫星表面的空间环境参数，并根据所述空间环境参数确定所述空间的能量分布；
[0008]根据所述能量分布确定所述卫星表面的等离子体的充电电流；
[0009]根据卫星表面的材料参数确定卫星表面的二次电子及背散射电子发射电流和；
[0010]根据所述充电电流和二次电子及背散射电子发射电流和，计算所述卫星表面电位。
[0011]本发明提供的地球同步轨道卫星表面电位计算方法，综合考虑到地磁亚暴期间等离子体环境下卫星表面的带电因素，包括等离子体的充电电流、卫星表面的二次电子及背散射电子发射电流和，具有较高的准确性。【专利附图】
【附图说明】
[0012]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0013]图1为本发明提供的地球同步轨道卫星表面电位计算方法一种实施例的流程图。
[0014]图2为本发明提供的地球同步轨道卫星表面电位计算方法中等离子体的能量分布图。
[0015]图3为本发明提供的地球同步轨道卫星表面电位计算方法中等离子体充电电流岁表面电位的变化图。
[0016]图4为本发明提供的地球同步轨道卫星表面电位计算方法中kapton材料二次电子和背散射电子发射系数图。
【具体实施方式】
[0017]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0018]参考图1，本实施例提供一种地球同步轨道卫星表面电位计算方法，包括:
[0019]步骤S101，获取地磁亚暴期间地球同步轨道卫星表面的空间环境参数，并根据所述空间环境参数确定所述空间的`能量分布；
[0020]步骤S102，根据所述能量分布确定所述卫星表面的等离子体的充电电流；
[0021]步骤S103，根据卫星表面的材料参数确定卫星表面的二次电子及背散射电子发射电流和；
[0022]步骤S104，根据所述充电电流和二次电子及背散射电子发射电流和，计算所述卫星表面电位。
[0023]进一步地，在步骤SlOl中，空间环境参数包括等离子体能量和等离子体密度，其能量分布可采用麦克斯韦分布函数进行描述，具体如下:
【权利要求】
1.一种地球同步轨道卫星表面电位计算方法，其特征在于，包括: 获取地磁亚暴期间地球同步轨道卫星表面的空间环境参数，并根据所述空间环境参数确定所述空间的能量分布； 根据所述能量分布确定所述卫星表面的等离子体的充电电流； 根据卫星表面的材料参数确定卫星表面的二次电子及背散射电子发射电流和； 根据所述充电电流和二次电子及背散射电子发射电流和，计算所述卫星表面电位。
2.根据权利要求1所述的地球同步轨道卫星表面电位计算方法，其特征在于，所述空间环境参数包括等离子体能量和等离子体密度，所述能量分布根据以下公式确定: ,
3.根据权利要求2所述的地球同步轨道卫星表面电位计算方法，其特征在于，所述等离子体的充电电流包括电子充电电流和离子充电电流，其中所述电子充电电流通过以下公式确定:
4.根据权利要求3所述的地球同步轨道卫星表面电位计算方法，其特征在于，所述根据卫星表面的材料参数确定卫星表面的二次电子及背散射电子发射电流和，包括: 根据材料参数确定卫星表面的二次电子发射系数以及背散射电子发射系数； 根据所述二次电子发射系数以及背散射电子发射系数确定所述二次电子及背散射电子发射电流和； 所述二次电子发射系数通过以下公式确定:
5.根据权利要求4所述的地球同步轨道卫星表面电位计算方法，其特征在于，所述二次电子及背散射电子发射电流和采用如下公式确定:
J(5 + n)V — JeV X (3 (E)V+ rI (E)V)， 其中，J(5 + n)v为二次电子及背散射电子发射电流和，Jev为电子充电电流，δ (E)V为二次电子发射系数，Π (E)V为背散射电子发射系数。
6.根据权利要求5所述的地球同步轨道卫星表面电位计算方法，其特征在于，所述卫星表面电位基于以下等式进行计算:
Jv = JeV- (JiV+J(5 + n)y) = O， 其中，Jv为卫星表面充电总电流，Jev为电子充电电流，Jiv为离子充电电流，J(S + n)V为二次电子及背散射电子发射电流和。
【文档编号】G06F19/00GK103761417SQ201310722831
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年12月24日 优先权日:2013年12月24日
【发明者】陈益峰, 李得天, 秦晓刚, 杨生胜, 史亮, 王俊, 柳青, 汤道坦 申请人:兰州空间技术物理研究所