刘业楠, 杜泽宁, 王志浩, 王晶虎, 聂翔宇, 徐焱林, 王思展, 赵瑜馨, 郭佳丽, 刘宇明
目的 针对高轨航天器在复杂等离子体环境中运行时,不同航天器之间因表面充电产生电位差,在对接过程中可能引发静电放电的问题,开展相关研究。方法 基于PIC方法,采用SPIS软件平台建立高轨航天器充电过程仿真模型,模拟航天器在恶劣和平静等离子体环境中的充电特性。通过等效电路简化方法,研究航天器对接的放电过程,分析直连电阻和绝缘电容对放电电流的影响。设计并实施地面模拟试验,利用高压源对2个航天器模拟件充电,通过移动装置模拟航天器对接,并通过示波器记录放电过程。结果 阴影条件下,2个航天器电位差可达12 200 V;光照条件下,2航天器电位差稳定后约4 880 V,平静期等离子体环境中电位差仅4~6 V。等效电路仿真显示,保护电阻从100 kΩ增至10 000 kΩ、接触电容从1 μF降至100 pF时,最大放电电流脉冲峰值从9.85 A降至0.55 A,降低94.4%。地面试验研究表明,放电瞬间电压在kV量级,目标航天器瞬时放电电流峰值为6.87 A,对接航天器瞬时放电电流峰值为5.31 A。结论 高轨航天器在恶劣等离子体环境中充电电位差显著,对接过程存在严重静电放电风险,可通过增大直连电阻或降低绝缘电容可有效抑制放电电流。地面模拟试验成功复现了航天器悬浮充电状态和对接放电特性,验证了地面模拟方法的有效性,为高轨航天器对接静电防护设计提供了试验依据和参考。
