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基于脉冲等离子体源的航天器表面电位主动控制的研究

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图目录

表目录

第一章 绪论

1.1 课题概述

1.1.1 课题背景

1.1.2 表面电位的成因

1.1.3 表面电位的控制方法

1.2 研究目的及意义

1.3 国外研究与发展情况

1.4 国内研究与发展情况

1.5 论文的主要研究内容与创新点

1.6 章节安排

第二章 脉冲等离子体源

2.1 脉冲等离子体源介绍

2.2 脉冲等离子体源的组成、结构和工作原理

2.3 脉冲等离子体源地面电源的研制

2.3.1 高压电源模块

2.3.2 点火电源及点火控制模块

2.3.3 系统集成及测试

2.4 本章小结

第三章 模拟试验

3.1 模拟试验系统

3.1.1 试验系统的四种情况

3.1.2 模拟试验系统中各部分介绍

3.2 电位控制模拟试验

3.2.1 试验方法

3.2.2 PPS与航天器模拟件垂直

3.2.3 PPS与航天器模拟件平行

3.2.4 PPS在其中一个航天器模拟件上面

3.2.5 航天器模拟件之间有障碍物

3.3 电位控制时的导通电流测试

3.3.1 PPS为平行轨道式

3.3.2 PPS为同轴式

3.4 本章小结

第四章 试验数据分析

4.1 连续充电电位控制试验数据分析

4.2 PPS元冲电位控制试验数据分析

4.2.1 初始电荷量大小的影响因素

4.2.2 PPS放电能量大小的影响因素

4.2.3 PPS类型的影响因素

4.2.4 航天器模拟件相互距离的影响因素

4.2.5 PPS与航天器模拟件之间的距离的影响因素

4.2.6 PPS与航天器模拟件之间相对位置的影响因素

4.3 电位控制时的导通电流分析

4.3.1 初始电荷量不同时的导通电流峰值对比

4.3.2 PPS放电能量不同时的导通电流峰值对比

4.3.3 PPS类型不同时的导通电流峰值对比

4.3.4 PPS放电瞬间导通电流持续时间分析

4.4 本章小结

第五章 系统建模与仿真

5.1 常见电位控制模型的介绍

5.1.1 Poisson-Vlasov模型

5.1.2 等效电路模型

5.2 基于PPS的航天器表面电位主动控制的等效模型

5.3 模型参数的标定及其影响因素

5.3.1 PPS放电能量对R0的影响

5.3.2 PPS类型对R0的影响

5.3.3 航天器模拟件相互距离对R0的影响

5.3.4 PPS与航天器模拟件之间的距离对R0的影响

5.3.5 PPS与航天器模拟件之间的相对位置对R0的影响

5.4 模型验证

5.5 仿真与分析

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 研究展望

参考文献

已发表文章

附录1

附录2

致谢

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摘要

航天器的应用和发展历程表明,航天器表面充电引发静电放电是导致航天器异常和故障的重要因为。因此,在航天器设计和应用中,必须对航天器表面电位采取必要的控制和防护措施,而对航天器表面电位进行主动控制则是最重要和有效的航天器电位控制方法。
   基于脉冲等离子体源(PPS)的航天器表面电位主动控制具有平均功耗小、控制灵活、结构紧凑、中和效率高等优点,很适合用于航天器表面电位控制以及空间站对接前各组件的电位消除。本文对其主要进行了以下几个方面的工作:
   (1)PPS电源的研制。根据模拟试验的需要,在MDT—Ⅰ型PPS电源的基础上,研制出了性能更优异的MDT-Ⅱ型PPS电源。
   (2)模拟试验。设计了PPS与航天器模拟件垂直、平行、在模拟件上以及航天器模拟件之间有障碍物这四种情况下的试验系统,并在试验系统中进行了一系列电位控制模拟试验,得到了大量的试验数据,证实了基于PPS的航天器表面电位控制的可行性。
   (3)试验数据分析。通过对模拟试验数据的分析,得到了航天器两部分电位差大小、脉冲等离子体源类型和放电能量大小、脉冲等离子体源与航天器表面待消除电位差两部分的距离和相对位置、航天器表面待消除电位差两部分之间的相互距离以及是否有障碍物等因素与航天器表面电位主动控制效果的关系。
   (4)等效模型的研究。根据PPS的特性,建立了基于PPS的航天器表面电位主动控制的等效电路模型,并通过试验验证了该模型的正确性。

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