太空飛行器表面充電

太空飛行器表面充電是指處於空間電環境條件下的太空飛行器表面出現的電荷積累形成高電勢值，這種空間帶電粒子沉積在太空飛行器表面上引起的充電現象。

基本介紹

• 中文名：太空飛行器表面充電
• 外文名：charger
• 原理：衝擊產生摩擦生電

太空飛行器充電問題

太空飛行器充電根據在太空飛行器的不同部位的發生又可以分為太空飛行器表面充電、深層介質充電和太陽能電池陣充電。太空飛行器表面充電指的是太空飛行器表面由於太空電漿中的電子、離子以及陽光等作用下，形成的一種靜電帶電現象。太空飛行器深層介質充電指的是能量電荷粒子穿透太空飛行器表面而沉澱在太空飛行器內部形成的一種充電。對於太空飛行器“表面充電”與“深層介質充電”概念的區別就是:在太空飛行器的外面是否可以“觸摸”到充電部位，可以觸摸到就是“表面充電”，否則就是“深層充電”。

表面充電

運行在太空電漿中的太空飛行器可以被認為是一個孤立物體，如其他電漿中的孤立物體一樣，會吸引電荷而使得表面電位足以吸引電荷以使得太空飛行器表面的電位符合麥柯斯韋方程的描述。這樣一個從周圍電漿中吸引電荷的過程，被認為是“太空飛行器充電”。當太空飛行器表面為等電位設計時，整個太空飛行器表面將呈現出來一樣的電位，這類太空飛行器表面充電被稱作為太空飛行器絕對充電。太空飛行器表面由於構成材料相異或結構的原因，而導致在與環境相互作用下表面電位呈現出來不一致，這類充電被稱之為太空飛行器不等電位充電。太空飛行器在空間運行過程中，受到周圍電漿、高能帶電粒子的轟擊以及太陽電磁輻射引起的光電子發射等影響，使太空飛行器表面沉積一定數量的電荷，相對周圍空間具有一定的電位。太空飛行器互相絕緣的各部分沉積有不等量的電荷時，它們之間便形成一定的電位差。太空飛行器表面充電的程度主要取決於光照條件、周圍電漿環境和太空飛行器的表面材料。太空飛行器在距地面幾千到上萬公里的範圍內運行，受陽光照射時表面一般帶正電荷，處於低正電位；在地球的陰影區或背向太陽時，表面一般帶負電荷，處於低負電位。

太空飛行器表面與周圍的不同粒子的電荷交換

效應、危害

磁層亞暴時(見空間飛行環境)，地球靜止軌道衛星會受到能量在幾十至幾百千電子伏的電漿的轟擊。尤其是衛星在地球陰影中時，可能發生嚴重的表面充電現象，使它相對周圍空間的負電位可達幾千甚至上萬伏，在一些相互絕緣的部分之間可能出現幾千伏的電位差。當電位差超過某些部件所能承受的電壓時便會發生放電現象，一些部件可能被擊穿，而且放電電弧所發生的電磁干擾和電磁脈衝也會嚴重影響甚至破壞衛星的正常工作。

一旦太空飛行器充電後的不同部位的電位差的差值超過臨界值後就可能發生放電現象，放電過程會釋放出來電荷、熱、電磁脈衝以及輝光等。這一放電過程釋放的熱可能改變發生部位材料的性能，另外電荷和電磁脈衝可以直接或間接進入太空飛行器的電子線路或電氣系統，從而對太空飛行器的安全運行造成短期或長期甚至致命的傷害。

太空飛行器太陽能電池陣放電後的情形

應對措施

為防止太空飛行器表面嚴重充電以及由此引起的嚴重後果，經常採用的方法是嚴格禁止殼體表面上的開口處，適當選擇表面材料，提高電子設備的抗干擾能力和保證良好的“接地”等。