GEO卫星多层隔热组件充放电特性仿真

冯娜，季启政,2,*，张絮洁，唐小金，张宇，杨勇，唐旭

1. 北京东方计量测试研究所，北京 100086

2. 中国人民解放军陆军工程大学石家庄校区，石家庄 050003

3. 北京卫星环境工程研究所，北京 100094

由空间等离子体及高能电子引起的航天器静电放电效应严重威胁着航天器的在轨安全运行，国外统计数据表明由静电放电诱发的故障占航天器异常的54%。多层隔热组件(Multi-Layer Insulation， MLI)包覆于航天器外表面，占据了60%以上的整星表面，既是重要的热控组件，同时也是抑制空间强电磁环境源的关键载体[1-4]。以基于主力军用卫星平台DFH-4号平台研制的卫星为例，星本体表面包覆的多层隔热组件超过50片，约26 m2/星[5]。星表多层作为接触空间辐射环境的首层关卡，相较于航天器内部电子元器件、线路板卡等组件，直接面临高能粒子的冲击与作用，导致其在轨静电放电威胁更为严峻。一旦多层组件内部发生充放电效应，可能造成介质击穿损坏、光学表面污染、电子器件烧毁等一系列严重后果，威胁到航天器的安全运行[6-8]。

地球同步轨道(Geostationary Earth Orbit, GEO)接近外辐射带的边缘，该轨道存在高密度的高能粒子(捕获电子为主)，能量在0.04～5 MeV 之间的电子占总数的绝大部分。根据NASA-HDBK-4002A，100 keV电子约能够穿透100 μm等效铝厚度，大致相当于1层面膜和17层10 μm反射屏的等效铝厚度。因此，GEO高能电子能够轻易穿透MLI面膜，沉积于MLI内部介质材料，引发内带电效应。MLI属于不同电学特性的多材料复合结构，整体结构蓬松，层间有不规则空隙，10单元MLI厚度约为1～5 mm[9]。上述结构特点使得沉积电荷泄放通路不畅，电荷累积率高，形成较强的内建电场，进而诱发静电放电效应[10-13]。……