航天器內帶電三維模擬及外露介質充電模擬技術 9787118127010 原青雲 張希軍 孫永衛 王松

內容簡介
《航天器內帶電三維模擬及外露介質充電模擬技術》全面系統地介紹了航天器內帶電三維模擬及外露介質充電模擬技術，主要包括航天器內帶電的相關物理概念、航天器內帶電機理分析和三維模擬方法、內帶電模擬的實驗驗證、溫度和特殊結構等因素對航天器內帶電的影響、航天器外露介質充電模型、典型外露介質充電模擬與防護設計應用等內容。
《航天器內帶電三維模擬及外露介質充電模擬技術》可供航天器充放電效應研究領域工程師和研究人員參考，也可作為高校相關專業本科生和研究生的教材或參考書。

目錄
第1章 緒論
1 1 研究背景及需求
1 1 1 空間環境效應與航天器充放電問題
1 1 2 航天器內帶電及外露介質充電
1 2 國內外研究動態
1 2 1 航天器內帶電的在軌探測、效應實驗和數值模擬
1 2 2 溫度和特殊結構對航天器內帶電的影響
1 2 3 航天器外露介質充電模型與模擬分析
1 3 研究趨勢與需要解決的問題
第2章 航天器內帶電物理概述
2 1 航天器內帶電環境
2 2 內帶電物理學基礎
2 2 1 高能帶電粒子在固體中的穿透特性
2 2 2 阻止本領
2 2 3 透入深度和射程
2 2 4 高電場雪崩電離
2 2 5 Mott轉變
2 2 6 Poole-Frenkel強電場效應
2 2 7 齊納擊穿
2 2 8 電子注量
2 2 9 介質深層帶電的臨界注量
2 2 10 帶電粒子的穿透效應
第3章 航天器內帶電機理分析與三維模擬方法
3 1 航天器內帶電機理分析
3 1 1 高能電子與靶材料的相互作用
3 1 2 電位與電場的建立過程
3 2 影響內帶電的因素
3 2 1 材料電導率
3 2 2 部件的結構與工作狀態
3 2 3 GEO航天器內帶電惡劣充電環境（Flumic3）高能電子輻射能譜
3 3 用於內帶電三維模擬的電荷輸運模擬
3 3 1 電荷輸運模擬理論分析
3 3 2 電荷輸運三維模擬工具
3 3 3 電荷輸運結果與分析
3 4 內帶電三維計算模型
3 4 1 三維計算模型的控制方程與邊界條件
3 4 2 CCL模型的一維數值解法
3 4 3 CCL模型的二維和三維數值解法
3 4 4 CCL電場計算模型與RIC模型的對比分析
第4章 航天器內帶電模擬的實驗驗證
4 1 實驗驗證方案
4 2 採用公開發表的實驗數據進行的驗證
4 3 電路板內帶電實驗驗證
4 3 1 實驗方案
4 3 2 模擬方案
4 3 3 模擬結果與實驗數據的對比分析
4 3 4 模擬拓展研究
4 4 SADM盤環模擬結構內帶電實驗驗證
4 4 1 實驗背景與試樣製備
4 4 2 實驗與模擬方案
4 4 3 模擬與實驗結果的對比驗證
4 4 4 參數化模擬內帶電隨介質電導率的變化規律
第5章 溫度和特殊結構對航天器內帶電的影響
第6章 航天器外露介質充電模型
第7章 典型外露介質充電模擬與防護設計應用
參考文獻
附錄A Katz型二次電子發射係數公式

前言/序言
航天器在軌充電事件和地面模擬試驗均表明，內帶電是導致航天器故障或損毀的重要原因。發生嚴重內帶電的區域位於地球中高軌道空間，而我國許多通信和導航系統的航天器都運行於高軌（如地球同步軌道）和中軌，雖然我國已經制定了內帶電防護規範，但是從近幾年出現的航天器事故來看，內帶電仍對航天器安全運行構成重大威脅。隨著半導體工藝不斷改進，小型化、微型化的發展趨勢使得元器件在靜電放電問題上顯得更加不堪一擊；同時，由於航天器電推進技術的快速發展，使得高軌航天器在到達預定軌道之前會遭受更長時間的地球輻射帶高能電子輻射，這進一步加大了內帶電風險。
目前，我國正大力發展長壽命、高可靠性航天器，部署空間站和實施火星探測計劃。為進一步提高航天器發射市場的國際競爭力，靜電安全和可靠性需要進一步提升。因此，研究航天器帶電規律與防護方法，保障航天器的高可靠性、長壽命運行，對我國航天事業的長期發展具有重要意義。
建模模擬是航天器帶電研究的重要途徑和方法，特別是對於航天器介質內帶電而言，建模模擬的意義更大：一方面，由於高能電子輻射環境不易實現，導致內帶電的地面模擬試驗比表面帶電更難開展；另一方面，內帶電建模研究起步晚，且涉及的充電機理複雜，在模擬方面遠沒有達到表面帶電模擬軟體的成熟度水平。於是研究人員通常採用計算機模擬與地面模擬試驗相結合的方法，側重研究內帶電建模模擬，以得到貼近實際的模擬結果。針對空間環境的特殊性，開展多因素作用下（如等離子體、高能電子輻射和低溫）的航天器帶電評估，是當前的研究熱點之一。根據航天器帶電機理，模擬分析多因素作用下的航天器介質帶電過程，可為帶電評估和防護設計提供有力支撐。
目前，隨著航天器工作電壓和功率需求的提高，高工作電壓和高能電子發生耦合作用，對高壓太陽電池陣、驅動機構、大功率電纜等大功率部件產生更大的威脅。當前，航天器內帶電的數值模擬主要關注一維特性或簡單結構，對複雜部件帶電三維模擬研究較少，無法滿足大功率部件的工程需求。儘管近年來國內出版了一些航天領域的書籍，或多或少涉及了航天器內帶電效應的相關內容，但是還沒有一本論述航天器內帶電三維模擬及外露介質充電模擬技術的專業書籍。