空间等离子体和电推进产生等离子体间势垒定量分析方法
【专利摘要】本发明公开了一种空间等离子体和电推进产生等离子体之间势垒的定量分析方法，适用于GEO轨道卫星电推进产生等离子体与空间等离子体作用过程的分析。将电推进产生等离子体的扩散过程类比于半导体中载流子的扩散过程，依据半导体载流子扩散理论建立空间等离子体和电推进产生等离子体的扩散模型；利用扩散模型推导空间等离子体和电推进产生等离子体间势垒强度v与空间环境等离子体参数和电推进产生等离子体参数之间的定量表达关系；分析时，确定GEO轨道的空间等离子体参数和电推进产生等离子体参数；根据所确定的两种等离子体参数，代入所述定量表达关系确定出空间等离子体和电推进产生等离子体间势垒强度。
【专利说明】空间等离子体和电推进产生等离子体间势垒定量分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种空间等离子体和电推进产生等离子体之间势垒的定量分析方法， 适用于GE0(地球同步轨道）轨道卫星电推进产生等离子体与空间等离子体作用过程的计 算分析。
【背景技术】
[0002] 随着我国航天事业的发展，我国新一代大容量通信卫星将大量采用电推进技术， 电推进是一种高比冲、长寿命、高效率的空间推进技术，能大幅减少推进剂的携带量，显著 提高有效载荷比，延长卫星寿命，因此随着我国对卫星长寿命高性能需求的增长，电推进技 术的使用将成为一种必然趋势。
[0003] 通信卫星运行于GE0轨道，该轨道空间等离子体特性主要为高能量低密度，而推 进器在轨工作时会产生低能量、高密度的等离子体，将与空间天然存在的高温度、低密度等 离子体发生作用，导致卫星的充放电过程更加复杂，造成卫星高压太阳电池功率损失、部件 间产生短路电流和结构电位漂移等危害，从而影响卫星在轨安全运行。
[0004] 推进器产生等离子体与空间等离子体的作用过程较为复杂，文献"张天平，电推进 航天器的特殊环境及其影响，《航天器环境工程》"文章介绍了电推进系统在航天器周围产 生的等离子体和电磁场等特殊环境，讨论了这些特殊环境对航天器各分系统或部件产生影 响效应，然而文献未考虑推进器产生等离子体与空间等离子体的作用，且均为定性分析，无 法直接为航天器防护设计提供指导。
[0005] 推进器产生等离子体与空间等离子体的作用关系是这样的：推进器产生等离子体 中电子扩散速度快，离子扩散速度慢，从而产生一个电子_离子层，形成一个屏蔽势垒，该 势垒将抑制空间等离子体中的离子到达航天器表面，影响整个航天器的充放电过程。因此， 势垒是反映推进器产生等离子体与空间等离子体作用过程的重要参数，当势垒大于空间等 离子体中的离子能量时，离子将无法穿越势垒到达航天器，否则，离子将穿过势垒并降低能 量，从而对航天器充放电效应进行有效评价。
[0006] 因此，定量计算出势垒的大小是进行上述充放电评价的前提和基础，然而，现有技 术中没有定量计算空间等离子体和电推进产生等离子体之间势垒的方案。
【发明内容】
[0007] 有鉴于此，本发明提供了一种空间等离子体和电推进产生等离子体之间势垒的定 量分析方法，适用于GE0轨道卫星电推进产生等离子体与空间等离子体作用过程的分析。
[0008] 该定量分析方法包括：
[0009] 步骤一、将电推进产生等离子体的扩散过程类比于半导体中载流子的扩散过程， 依据半导体载流子扩散理论建立空间等离子体和电推进产生等离子体的扩散模型，包括空 间等离子体中电子的电流密度计算模型和电推进产生等离子体中离子的电流密度计算 模型Ji ;
[0010] 步骤二、当电推进产生等离子体的扩散达到平衡时，空间等离子体和电推进产生 等离子体之间势垒中的扩散电流和漂移电流相等，此时势垒中无净电流通过，据此对步骤 三建立的两个电流密度计算模型中的任意一个进行移向和推导，得到空间等离子体和电推 进产生等离子体间势垒强度V与空间环境等离子体参数和电推进产生等离子体参数之间 的定量表达关系：
[0011]
【权利要求】
1. 一种空间等离子体和电推进产生等离子体间势垒定量分析方法，其特征在于，包 括： 步骤一、将电推进产生等离子体的扩散过程类比于半导体中载流子的扩散过程，依据 半导体载流子扩散理论建立空间等离子体和电推进产生等离子体的扩散模型，包括空间等 离子体中电子的电流密度计算模型上和电推进产生等离子体中离子的电流密度计算模型 Ji ; 步骤二、当电推进产生等离子体的扩散达到平衡时，空间等离子体和电推进产生等离 子体之间势垒中的扩散电流和漂移电流相等，此时势垒中无净电流通过，据此对步骤三建 立的两个电流密度计算模型中的任意一个进行移向和推导，得到空间等离子体和电推进产 生等离子体间势垒强度V与空间环境等离子体参数和电推进产生等离子体参数之间的定 量表达关系： kT ηβ ν =--In-- % 其中，k为波尔兹曼常数，T为等离子体温度，q为电推进产生等离子体中离子和空间等 离子体中电子的电荷量，I为空间等离子体密度，&为电推进产生等离子体密度； 步骤三、分析时，确定GEO轨道的空间等离子体参数，包括空间等离子体密度ne，以及确 定电推进产生等离子体参数，包括电推进产生等离子体密度^ ;根据所确定的两种等离子 体参数，代入所述定量表达关系确定出空间等离子体和电推进产生等离子体间势垒强度。
【文档编号】G06F19/00GK104239704SQ201410446803
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月3日 优先权日:2014年9月3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