1. Слайд На космический аппарат (КА) за время вывода на орбиту и эксплуатации воздействует в различной мере множество факторов окружающего пространства. Среди внешних воздействующих факторов особенно выделяются: горячая магнитосферная плазма, электроны и ионы радиационных поясов Земли (РПЗ), протоны солнечных вспышек, потоки ядер высоких энергий. Типичный КА имеет общий металлический корпус, наружная поверхность которого покрыта слоями диэлектриков (краски, терморегулирующие покрытия, защитные стекла и тд.). Металлические конструкции КА могут быть также частично или полностью открытыми и подвергаться воздействию частиц космической плазмы. Такая конструкция потенциально способна накапливать значительный электрический заряд, который может стать причиной возникновения ЭСР, мешающих работе приемной аппаратуры, а в некоторых случаях ЭСР могут приводить к разрушению компонентов аппаратуры и элементов. Так, например, на высоте 36 000 км, значение потенциалов на КА достигают –(10…20) кВ. 2-6. Слайд Физический механизм заряжения КА в космической плазме можно наглядно проиллюстрировать, записав уравнения для полного, тока текущего через поверхность КА. 𝐽 = 𝐽𝑒 − 𝐽𝑖 − (𝛿𝐽𝑒 − 𝜂𝐽𝑒 + 𝛾𝐽𝑖 + 𝐽𝑝ℎ ) Где 𝐽𝑒 и 𝐽𝑖 – электронный и ионный токи плазмы; 𝛿, 𝜂, 𝛾 – коэффициенты истинной вторичной электронной эмиссии, отражения электронов, ионно-электронной эмиссии; 𝐽𝑝ℎ – ток фотоэлектронной эмиссии. Входящие в данное уравнение составляющие полного тока разделяются на две основные группы: первичные и вторичные токи. Первичные токи обусловлены непосредственным воздействием на поверхность КА ионов (слайд 3) и электронов (слайд 5) окружающей космической плазмы. Группа вторичных токов, представленная в уравнении в круглых скобках, включает в себя вторично-эмиссионные токи с поверхности КА, вызванными воздействием первичных токов космической плазмы. Представленная ситуация на неосвещенной поверхности для случая, когда суммарный ток вторичных электронов не превышает электронный ток плазмы, т.е. поверхность заряжается отрицательно (слайд 5). Ситуация на освещенной поверхности КА, причем ток фотоэлектрической эмиссии является преобладающей составляющей, что приводит к положительному заряжению поверхности (слайд 6) 7 слайд Учитывая особенность конструкции КА практически всегда одна сторона КА будет освещена солнцем, а другая будет находиться в тени. На освещенной стороне благодаря току фотоэлектронной эмиссии заряд не накапливается, а на теневой – происходит накопление заряда. В связи с этим между отдельными участками непроводящей поверхности возникают разности потенциалов. 8 Слайд В качестве упрощенной модели заряди элементов конструкции КА можно рассматривать, множество плоских конденсаторов, соединенных между собой через сопротивление поверхностной проводимости Rs. Параллельно каждому конденсатору включено сопротивление объемной проводимости Rv. Фрагмент такой схемы приведен на слайде. 8. Слайд Видео разрядки диэлектрика на землю 9. Слайд Пассивным методом антистатической защиты КА является использование диэлектрических материалов и покрытий с заданными свойствами, имеющими достаточно высокую собственную проводимость. При удельном сопротивлении около 1012 Ом/см такие материалы имели бы время релаксации заряда около 0,2с, то есть практически не накапливали бы заряд и в тоже время могли бы служить удовлетворимыми изоляторами. Одним из методов активной антистатической защиты, является использование плазменных средств нейтрализации электрического заряда. 10. Слайд Однако использование плазменных средств нейтрализации и пассивного метода ограничена при борьбе с внутренней зарядкой КА. Одним из таких методов является применение электроотрицательного газа (ЭОГ) для снижения величины электрического потенциала изоляторов и незаземленных металлических элементов. Одним из наиболее приемлемых для использования в системе антистатической защиты КА является гексафторид серы SF6 (элегаз) как в силу низкой реакционной способности и не токсичности. Гексафторид серы давно и успешно применяется в высоковольтных переключателях и автоматизированных телефонных станциях, где требуется подавить искрение между контактами при большом числе переключений. В названных устройствах элегаз используется под давлением в несколько атмосфер, а основным механизмом подавления развития разрядов является захват электронов молекулами газа, характеризующимися большой величиной сечения этого процесса. В проблеме борьбы с «внутренними» разрядами в аппаратуре КА главную роль могут играть совсем другие свойства элегаза: ионизуемость (потенциал ионизации 15,7 эВ, — примерно как у аргона), электронное сродство (энергия сродства к электрону около 1 эВ) и способность молекул элегаза легко адсорбироваться на различных материалах. Предполагаемый механизм антистатического действия ЭОГ состоит в следующем. Адсорбированные на заряженной поверхности молекулы газа уменьшают реальную работу выхода электронов из приповерхностного слоя материала — адсорбента на величину своей энергии электронного средства, и тем самым стимулируют процесс электронной эмиссии. Молекулы, захватывающие эмитированные электроны, десорбируются с поверхности под влиянием сил отталкивания в электрическом поле отрицательного заряда, уменьшая при этом величину отрицательного потенциала поверхности. Слабая ионизация газа заторможенными электронами космического излечения, проникшими сквозь защиту, также способствует утечке заряда с поверхности.
