Электростатические разряды на поверхности космических аппаратов и их воздействие на бортовую кабельную сеть тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

УДК 538 97-405

На правах рукописи

Дорофеев Алексей Николаевич

Электростатические разряды на поверхности космических аппаратов и их воздействие на бортовую кабельную сеть

Специальность 01 04 07 - физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2007

Работа выполнена в Московском государственном институте электроники и математики (техническом университете)

Научный руководитель д т н , профессор

Саенко В С

Научный консультант

к т н , доцент Соколов А Б

Официальные оппоненты д ф - м н , профессор Новиков Л С

д т н , профессор Попов О Н

Ведущая организация КБ химического машиностроения им А М Исаева

Защита состоится "13" ноября 2007 г в 14 часов на заседании диссертационного Совета Д 212 133 02 в Московском государственном институте электроники и математики по адресу 109028, Москва,

Б Трехсвятительский пер, д 3/12

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИЭМ

Автореферат разослан "12" октября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат физ -мат наук, профессор ^ ^^^ Сезонов Ю И

Введение

Актуальность работы. Заряжение диэлектрических покрытий

космических аппаратов (КА) во время геомагнитных суббурь в магнитосфере Земли - это сложное, многофакторное, существенно нестационарное явление Достаточно лишь кратко перечислить основные физические процессы, ответственные за формирование потенциала участка открытой поверхности диэлектрика

Во-первых, это инжекция электронов и протонов космической плазмы с широким энергетическим спектром в приповерхностный слой диэлектрика

Во-вторых, радиационная электропроводность (РЭ) диэлектрика от жесткой компоненты космических ионизирующих излучений

В-третьих, влияние потенциала поверхности на энергию падающих частиц

В-четвертых, вторичная электронная эмиссия электронов и фотоэмиссия

Кроме того, необходимо учитывать перенос эмитированных электронов вдоль поверхности диэлектрика под влиянием тангенциальной составляющей электрического поля, гемновую электропроводность диэлектриков и влияние на нее температуры, наличие границ, углов и седловых точек потенциала, сложную геометрию поверхности, нелинейные эффекты и взаимовлияние различных процессов друг на друга

Несмотря на 25-летний период интенсивного исследования процессов электризации КА, до сих пор нет полного понимания этого явления, доставляющего значительные проблемы разработчикам космической техники

Поэтому в МИЭМ была разработана идеология многоступенчатой защиты КА от эффектов электризации, в основе которой лежит структурное электрофизическое моделирование КА Прежде всего, это комплекс технических мероприятий, позволяющих свести к минимуму дифференциальную зарядку аппарата К таким мероприятиям относится применение материалов внешней поверхности КА с повышенной радиационной и чемновой электропроводностью Разумное сочетание программного обеспечения и критерия выбора диэлектрических материалов значительно снижает вероятность возникновения электростатических разрядов (ЭСР) на борту КА

Разработка рекомендаций по снижению электризуемое га внешних полимерных покрытий КА является важным этапом многоступенчатой защиты КА Но так как подобрать полимерные покрытия, полностью исключающие ЭСР, все же не удается, то возникает другая актуальная задача - определение уровней помеховых сигналов,

гО

возникающих во фрагментах бортовой кабельной сети (БКС) при протекании ЭСР на поверхности К А Знание величин помеховых сигналов позволяет разработчикам создавать электронных блоки бортовой радиоэлектронной аппаратуры (БРЭА) КА, стойкие к таким помехам, и тем самым обеспечивать ее безотказную работу

Цель работы Провести моделирование электризации полимерных покрытий, используемых на внешней поверхности космических аппаратов при воздействии потоков электронов на геостационарной орбите во время магнитной суббури, обосновать необходимость создания методики построения структурных электрофизических моделей (СЭМ) электризации КА и разработать указанную методику, позволяющую получать картину растекания токов по поверхности КА при разряде и определять величины наводок во фрагментах БКС, проложенных по внешней поверхности КА

Научная новизна.

1 Выполнен теоретический анализ электризации полимерных покрытий, используемых на внешней поверхности космических аппаратов при воздействии потоков электронов на геостационарной орбите во время магнитной суббури Базовым полимером для моделирования электризации служил полиэтилентерефталат (ПЭТФ) Методами Монте-Карло по схеме группировки малых передач энергии и по схеме укрупненных столкновений выполнен расчет распределения мощности дозы ¿(х) и тока быстрых электронов /(х) по толщине образца С использованием системы уравнений Пуассона и непрерывности получено пространственно-временное распределение плотности объемного заряда и напряженности электрического поля в полимере при облучении его электронами реального энергетического спектра геостационарной орбиты во время магнитной суббури

2 Установлено, что нелинейные свойства РЭ полимерного слоя оказывают сильное влияние на уровень электризации Показано, что для снижения внутренних полей в защитном полимерном покрытии необходимо использовать полимеры со сверхлинейной зависимостью РЭ от электрического поля и с высокими значениями А в степенной зависимости РЭ ^полимера от мощности дозы излучения вида у,(х)=Аг Р&(х), где 0,5<Л<1,0 К таким полимерам относятся ПЭТФ, полиимид ПМ-1 и находящийся в стадии разработки поликарбонат с молекулярными добавками

3 Показано, что при воздействии на ПЭТФ электронов реального энергетического спектра геостационарной орбиты максимальное электрическое поле составляет 2,5x103 В/см, что в несколько раз ниже максимального поля, возникающего при облучении этого же материала

моноэнергетическими электронами (1,5x106 В/см) Выявлено, что и в том, и в другом случае значения этих полей в объеме полимера превышают величину критического поля (2х105 В/см), при котором начинают возникать ЭСР в околоземной космической плазме во время суббурь Показано, что даже специально отобранные полимерные материалы поверхности КА не могут обеспечить отсутствие ЭСР в натурных условиях во время суббури, и поэтому необходимо построение структурных электрофизических моделей (СЭМ) электризации КА, позволяющих рассчитывать наводки в БКС, возникающие при разрядах. 4 Разработана методика построения СЭМ, основанная на методе конечных элементов и дополненная программным модулем расчета электромагнитных помеховых сигналов во фрагментах БКС Особенности предложенной методики заключаются в следующем

- вся конструкция КА представляется в виде единой геометрической трехмерной сетки с булевым объединением геометрических поверхностей базовых примитивов и созданием единой трехмерной полигональной сетки, описывающей геометрическую форму КА и электрофизические свойства элементов его конструкции,

- полученная полигональная сетка преобразуется в эквивалентную электрическую схему из R, L и С элементов,

- для повышения точности расчетов используется экспериментально определяемый коэффициент трансформации тока, протекающего по корпусу КА, в напряжение помехового сигнала во фрагменте БКС

Полученные результаты имеют важное значение для радиационной физики твердого тела

Практическая ценность

1 Даны рекомендации по выбору полимерных покрытий внешней поверхности КА, обладающих пониженной способностью к электризации Для этого необходимо использовать полимеры с нелинейными свойствами РЭ (сверхлинейность ВАХ и высокие значения показателя степени в зависимости РЭ от мощности дозы)

2 Разработано программное обеспечение для проведения численных расчетов наводок в БКС КА по предложенной методике построения СЭМ Разработанное ПО позволяет

- на основе чертежей конкретного КА строить его модель, используя трехмерный редактор 3D МАХ и САПР AutoCAD,

- превращать модель в эквивалентную электрическую схему с высокой степенью дискретизации,

- с помощью системы PSPICE получать картину растекания токов по поверхности КА,

- определять величины наводок во фрагментах БКС, проложенных по внешней поверхности КА

Разработанная в диссертации методика построения структурных электрофизических моделей электризации КА внедрена в производство изделий космической техники С ее помощью выполнены расчеты помеховых сигналов во фрагментах БКС КА «Монитор», «Рамос», «Казсат», «Экспресс МД» и РБ «Бриз-КМ»

На защиту выносятся:

1 Результаты моделирования электризации полимерных покрытий, используемых на внешней поверхности космических аппаратов при воздействии потоков электронов с реальным энергетическим спектром, характерным для магнитной суббури на геостационарной орбите

2 Рекомендации по выбору полимерных материалов внешней поверхности КА, обладающих пониженной электризуемостыо

3 Методика построения структурных электрофизических моделей (СЭМ) электризации КА, позволяющая получать картину растекания токов по поверхности КА при разряде и определять величины наводок во фрагментах БКС, проложенных по внешней поверхности КА

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на IX, X, XI, ХШ, XVII Межнациональных совещаниях «Радиационная физика твердого тела», г Севастополь, 1999, 2000, 2001, 2003 и 2007 г г

Публикации. Материалы, отражающие основное содержание диссертации, изложены в 8 научных публикациях в 3 статьях и 5 докладах на Межнациональных совещаниях Кроме того, разработанное в диссертации программное обеспечение в настоящее время проходит государственную регистрацию

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и содержит 125 стр машинописного текста включая 35 иллюстраций 2 таблицы и список цитируемой литературы, содержащий 112 работ отечественных и зарубежных авторов

В первой главе диссертации приводится обзор литературы по проблеме электризации КА Рассмотрена природа электростатических разрядов на внешней поверхности космических аппаратов Показано, что электризация космических аппаратов, эксплуатируемых на геостационарной или высокоэллиптических орбитах, связана с воздействием на космический аппарат потоков электронов и ионов

космической плазмы, в частности в моменты суббурь в магнитосфере Земли Установлено, что если в спокойной магнитосфере на ночной стороне КА приобретает отрицательный потенциал порядка сотен вольт (не более 1 кВ), то в условиях суббури отрицательные потенциалы достигают уже единиц киловольт

Знак и величина потенциала, приобретаемого аппаратом в целом {общая зарядка) или его отдельными изолированными элементами {дифференциальная зарядка), зависят от соотношения интенсивностей процессов, обеспечивающих поступление на поверхность КА и сток с нее положительных и отрицательных зарядов Основными составляющими тока, текущего через поверхность КА, являются токи электронов и ионов окружающей плазмы, вторично-эмиссионные токи, обусловленные первичными токами плазмы, фотоэлектронный ток под действием УФ-излучения Солнца, а также гоки утечки на корпус аппарата или токи зарядки электрических емкостей между различными проводящими поверхностями, изолированными друг от друга Результирующий потенциал поверхности КА определяется условием квазистационарного равновесия, когда суммарный ток через любой элемент поверхности равен нулю

Максимальное значение отрицательного потенциала, как это следует из энергетических соображений, определяется, прежде всего, энергией первичных электронов, те температурой космической плазмы, воздействующей на аппарат В области геостационарной орбиты (ГСО) во время магнитных суббурь общий потенциал КА, рассматриваемого как единое проводящее тело, составляет минус 10 - 20 кВ

На внешней поверхности КА происходят электростатические разряды (ЭСР), отличительной чертой которых является искровой характер при длительности разряда от сотен наносекунд до нескольких микросекунд Пиковое значение тока разряда может достигать 100 А при скорости нарастания тока до Ю10 А/с, что приводит к излучению в пространство электромагнитной энергии, т е сопровождается генерацией электромагнитной помехи для бортовой аппаратуры КА

Из анализа литературных данных установлено, что величина критического поля, при котором начинают возникать ЭСР в околоземной космической плазме во время магнитных суббурь, составляв г 2х105 В/см

Во второй главе диссертации выполнен теоретический анализ электризации полимерных покрытий, используемых на внешней поверхности космических аппаратов, при воздействии моноэнергетических потоков электронов и электронов энергетического спектра геостационарной орбиты во время магнитной суббури Определено пространственно-временное распределение плотности объемного заряда и

напряженности электрического поля в полимере с учетом глубинного хода стороннего тока и мощности дозы, а также с учетом зависимости радиационной электропроводности от электрического поля

Моделирование электризации проведено на примере полиэтилентерефталата (ПЭТФ), который достаточно широко используется на наружной поверхности космических аппаратов в качестве материала теплозащитного покрытия Его электрофизические характеристики при облучении достаточно хорошо известны Для проведения расчетов использованы экспериментальные данные по энергетическому спектру потока электронов на геостационарной орбите во время суббури, полученные космическим аппаратом 8САТНА (рис 1)

Плотность тока, А/см2 *............

1<У11

\

\

ч

V \

101 102

Энергия электронов, кэВ

Рис 1 Энергетический спектр потока электронов на геостационарной орбите во время суббури, полученный космическим аппаратом 8САТНА

Моделирование проведено в одномерном приближении, когда электроны падают нормально к поверхности полимерного образца с короткозамкнутыми и заземленными электродами Основным процессом, определяющим сток электрических зарядов из объема полимера, является радиационная электропроводность этого полимера, которая сложным образом зависит от мощности дозы и времени облучения Для расчета распределения мощности дозы ¿(х) и тока быстрых электронов /(х) по толщине образца использовали метод Монте-Карло в схемах группировки малых передач энергии и в схемах укрупненных столкновений Оба подхода дают достаточно близкие результаты (Расчеты по методу Монте-Карло выполнил Д Н Садовничий, ФЦДТ «Союз»)

Уравнение непрерывности (1) и Пуассона (2) образуют систему дифференциальных уравнений, описывающих электризацию полимера

от ох ох

д^М = р(х,<)

дх ееа

Здесь р - плотность электрического заряда, Е ~ напряженность электрического поля, 1(х)=10х[(х) - ток вперед быстрых электронов на глубине х, /„ - плотность тока инжекции, равная разности потоков быстрых электронов в направлении распространения пучка и обратно рассеянного компонента, Р(х)-Р^(х) - мощность дозы на глубине х, а Р(, - мощность дозы на облучаемой поверхности, у, - радиационная электропроводность, е£о - абсолютная диэлектрическая проницаемость полимера (е = 3,2 и е0 = 8,85x1014 Ф/см) Для короткозамкнутого образца справедливо граничное условие (к - толщина полимера)

А

]>(х,/>йс = 0 (3)

о

В качестве начальных условий использовали следующие

/?(х,0)= 0, р(х,0) = 0 (4)

Был рассмотрен случай, когда РЭ быстро устанавливается и характеризуется степенной зависимостью от мощности дозы

уг(х)=Аг РА(х), (5)

где А - параметр, изменяющийся в пределах от 0 5 до 1 0 Такое поведение РЭ типично для полимерных конструкционных материалов Результаты расчетов представлены на рис 2 и рис 3

Аналогичное моделирование электризации выполнено для случая облучения ПЭТФ моноэнергетическими электронами с энергией 50 кэВ При моделировании использовались функции /(х) и g(x), представленные на рис 4 Показано, что при облучении моноэнергетическими электронами в ПЭТФ реализуется максимальное электрическое поле 1,5x106 В/см (рис 5), в то время как при воздействии на ПЭТФ электронов реального энергетического спектра геостационарной орбитй максимальное электрическое поле почти в 6 раз меньше и составляет 2,5х105 В/см (рис 2) Однако и в первом, и во втором случае электрические поля в обьеме ПЭТФ превышают критическое (2x105 В/см) Это указывает на возможность протекания электростатических разрядов в натурных условиях во время суббурь даже в специально отобранных материалах внешней поверхности

р В/см 3x1О5 -

2x105 ^ 1x105 О -

0,005 0,010 0,015 0,020

X, см

Рис 2 Распределение напряженности поля по глубине полимерного слоя в конце 3-х часовой суббури Интегральная плотность потока электронов 1 6x10""'° А/см2

Область разрядов

Разрядов нет

Р, В/см

Рис 3 Зависимость максимального электрического поля в ПЭТФ от времени после начала магнитной суббури

Рис 4 Пространственная зависимость функций /(х) и ¿(х) для моноэнергетических электронов из диапазона 10 100 кэВ

Р, В/СМ

х/1, отн ед

Рис 5 Расчет стационарного электрического поля для случая моноэнергетических электронов с энергией 50 кэВ и плотностью потока 2 Ю-10 А/см2

Установлено гаюке, что нелинейные свойства РЭ полимерного слоя оказывают сильное влияние на уровень электризации На основе выполненных исследований выработаны рекомендации по выбору полимерных материалов внешней поверхности КА

Для снижения внутренних полей в защитном полимерном покрытии необходимо использовать полимеры со сверхлинейной зависимостью РЭ от величины электрического поля Поскольку зависимость РЭ полимера от мощности дозы излучения имеет степенную зависимость вида •уг(х)= Аг ЯЛ (х), где 0,5<Д<1,0, следует применять полимеры с высокими значениями Д К таким полимерам относятся ПЭТФ и полиимид ПМ-1, а также лабораторные образцы поликарбоната с молекулярными добавками В третьей главе диссертации изложена разработанная диссертантом методика создания структурной электрофизической модели (СЭМ) электризации космических аппаратов

Структурная электрофизическая модель электризации космических - аппаратов, известная за рубежом как модель сосредоточенных элементов, использовалась первоначально для определения потенциалов участков внешней поверхности КА при воздействии потоков частиц космической плазмы СЭМ, предназначенные для прогноза поверхностной зарядки КА, представляли собой электрические цепи, состоящие из Я, Ь и С Кроме того, в состав этих СЭМ входили источники тока, моделирующие потоки как первичных часгиц, так и вторично эмитированных с поверхностей К А электронов Геометрическая форма КА в этих моделях определяла способ формирования линейной электрической цепи, как это принято при аналогичном моделировании тепловых процессов Как показала практика применения подобных моделей, их основным недостатком является невозможность учета влияния зарядки одной поверхности на величины токов, поступающих из плазмы на другие поверхности, что приводит к явно завышенным величинам потенциалов Этот существенный недостаток моделирования процессов общей и дифференциальной зарядки КА с помощью СЭМ стимулировал развитие других методов расчета потенциального рельефа внешней поверхности, таких как ИАБСАР в США и отечественного программного обеспечения в НИИЯФ МГУ (Л С Новиков)

Эти методы отслеживают движение отдельных частиц или их групп (метод макрочастиц) в поле КА с учетом динамики изменения данного поля Методы обладают высокой точностью и достаточной устойчивостью, кроме того, при наличии соответствующих критериев возможно предсказание мест возникновения электростатических разрядов как между отдельными поверхностями КА, так и между поверхностью КА и окружающим плазменным слоем

В настоящее время СЭМ электризации КА используется нами для получения картины растекания токов по конструкции КА от ЭСР на

поверхности Эта картина растекания токов служит в дальнейшем исходным материалом для расчета электромагнитных наводок во фрагментах бортовой кабельной сети, проложенных по внешней поверхности КА Ближайшим аналогом разработанной СЭМ является ПО ЕБАСАР европейского космического агентства

Разработанная методика создания структурной электрофизической модели (СЭМ) электризации космических аппаратов содержит следующие этапы создания программного обеспечения СЭМ

1 Построение трехмерной геометрической модели КА из базовых элементов

Построение геометрической модели КА начинается с выбора базовых элементов, аппроксимирующих элементы конструкции корабля Так например, корпус КА, имеющий форму куба, представляется в виде прямоугольной призмы, у которой все стороны равны

Отдельно следует остановиться на элементах, имеющих криволинейные поверхности параболических антеннах, обтекателях и др В этом случае предлагается использовать геометрическое тело, имеющее название геодезический купол При этом поверхность, аппроксимирующая сферу или полусферу, состоит только из треугольников и является однородной, что и позволяет получить реальную картину растекания токов

После выбора базовых геометрических примитивов, установки степеней дискретизации их поверхностей и задания их электрофизических свойств задается их ориентация в пространстве Следующий ответственный этап моделирования - стыковка элементов

Задачей моделирования является представление всей конструкции КА в виде единой геометрической трехмерной сетки для ее дальнейшего преобразования в эквивалентную электрическую схему Поэтому задача стыковки сводится не к соединению эквивалентных электрических схем, описывающих каждый элемент КА, а к булевым объединениям геометрических поверхностей базовых примитивов и созданию единой трехмерной полигональной сетки, описывающей геометрическую форму КА и электрофизические свойства элементов его конструкции

2 Преобразование полигональной трехмерной сетки, описывающей поверхность КА, в эквивалентную электрическую схему

После получения файла, содержащего список граней поверхности КА, запускается разработанная нами подпрограмма, которая создает модель сосредоточенных элементов Эта подпрограмма, последовательно перебирая грани в файле полигональной сетки, создает эквивалентную электрическую схему, представленную в виде списка элементов Я, Ь, С и узлов схемы Это описание схемы записывается в файл для последующего анализа переходных токов

3 Расчет переходных токов и визуализация результатов расчетов на пространственной модели КА

Для решения этой задачи - трансляции геометрической модели КА в эквивалентную электрическую схему - был предложен следующий метод Каждый конечный элемент - треугольник - описывается в пространстве среды AutoCAD набором вершин с координатами, причем у соседних треугольников с совпадающими вершинами координаты вершин также совпадают Следовательно, если преобразовать пространственные координаты вершин каждого конечного элемента в имя узла эквивалентной электрической схемы, то полученная цепь будет точно соответствовать исходной полигональной сетке

Было предложено присваивать имена узлов в эквивалентной электрической схеме в следующем формате [X1Y1Z1], где

XI - координата вершины треугольника по оси X Y1 - координата вершины треугольника по оси Y ZI -координата вершины треугольника по оси Z Таким образом, треугольник, который в трехмерном пространстве описывается координатами вершин, преобразуется в эквивалентную электрическую схему, узлы которой транслируются из координат вершин

После этого полученная полигональная сеть надо сохраняется в отдельный файл Далее вызывается командный модуль KLA ехе диалоговой системы В него загружается полученный файл полигональной сетки, после чего выполняется преобразование в эквивалентную электрическую схему

При этом программа последовательно обходит все конечные элементы, представленные в файле Для каждого конечного элемента находится координата первой вершины, затем - координата второй вершины, после чего в файл эквивалентной электрической схемы вносятся значения R, L и С в формате PSPICE Далее цикл повторяется уже для второго ребра треугольника, потом для третьего

После получения эквивалентной электрической схемы производится подключение источника тока, моделирующего электростатический разряд, в определенную точку поверхности КА Такие точки разряда для конкретных конструкций КА брались нами из результатов расчета потенциального рельефа внешней поверхности, проводимого в НИИЯФ МГУ

Особенностью разработанной методики является использование в расчетах экспериментально определяемого коэффициента трансформации тока, протекающего по корпусу КА, в напряжение помехового сигнала во фрагменте БКС Это в значительной мере повышает точность расчета наводок Если лучшие зарубежные методики имели погрешность от +3дб до -15 дб, то погрешность предложенной методики не превышает 2,3 дб

Рис 6. Считывание геометрической модели поверхности К А в программу создания СЭМ КА и преобразование ее в эквивалентную электрическую схему. Увеличенный фрагмент корпуса КА с картиной растекания токов представлен на следующем рисунке.

Рис. ?. Увеличенный фрагмент картины растекания токов при электростатическом разряде в точке, указанной на предыдущем рисунке. (Рисунок условно повернут).

Указанный коэффициент трансформации определяется с помощью специальной аппаратуры и методики, созданных в лаборатории радиационной физикохимии полимеров кафедры химии МИЭМ

В четвертой главе диссертации представлен процесс моделирования ЭСР и расчет наводок в БКС конкретного КА

Для составления СЭМ реального аппарата было необходимо составить эскизные чертежи его внешней поверхности с указанием применяемых материалов В данном случае используется материал АМГ-6-М толщиной 3 мм с удельным сопротивлением 0,028 Ом мм2/м Выполнив кусочно-линейную аппроксимацию поверхности, получаем пространственную геометрическую модель аппарата, подробность которой, в принципе, ограничивается лишь возможностями конкретной ЭВМ

Далее с использованием разработанной диалоговой системы была составлена и рассчитана структурная электрофизическая модель электризации конкретного КА Для расчета переходных токов в различных точках аппарата полученная СЭМ была дополнена источниками тока, моделирующими возникающие электростатические разряды

После проведения расчетов переходных токов в системе РБРГСЕ проводится процесс преобразования результатов расчетов в картину растекания токов по поверхности КА На трехмерной модели конкретного КА поверхность корпуса раскрашивается различными цветами каждому цвету соответствует определенная величина плотности тока

В этой же главе диссертации приведены результаты расчета наводок в БКС конкретного КА и результаты измерения этих наводок Сравнение экспериментальных и расчетных данных показывает хорошее совпадение погрешность расчетов не превышает 30%

Результаты расчетов наводок в БКС вошли составной частью в ТЗ на электронные блоки бортовой аппаратуры изделий «Монитор», «Рамос», «Казсат», «Экспресс МД» и РБ «Бриз-КМ» для обеспечения безотказной работы этих блоков при воздействии ЭСР на бортовую кабельную сеть

Общие выводы

1 Выполнен теоретический анализ электризации полимерных покрытий, используемых на внешней поверхности космических аппаратов при воздействии потоков электронов с реальным энергетическим спектром, характерным для магнитной суббури на геостационарной орбите Базовым полимером для моделирования электризации служил полиэтилентерефталат (ПЭТФ) Методами Монте-Карло по схеме группировки малых передач энергии и по схеме укрупненных столкновений выполнен расчет распределения мощности дозы ¿(х) и тока быстрых электронов /(х) по толщине образца С использованием системы

уравнений Пуассона и непрерывности получено пространственно-временное распределение плотности объемного заряда и напряженности электрического поля в полимере Установлено, что нелинейные свойства РЭ полимерного слоя оказывают сильное влияние на уровень электризации Показано, что для снижения внутренних полей в защитном покрытии необходимо использовать полимеры с нелинейной зависимостью РЭ от электрического поля Поскольку зависимость РЭ полимера от мощности дозы излучения имеет степенную зависимость вида уг(х) = Аг РА(х), где 0,5<Д<1,0, следует применять полимеры с высокими значениями А Таковыми являются ПЭТФ, полиимид ПМ-1 и находящийся на стадии разработки поликарбонат с молекулярными добавками

2 Показано, что при воздействии на ПЭТФ электронов реального энергетического спектра на геостационарной орбите максимальное электрическое поле составляет 2,5х105 В/см, что в несколько раз ниже значения при его облучении моноэнергетическими электронами (1,5x106 В/см) Выявлено, что и в том, и в другом случае эти поля превышают величину критического поля (2x105 В/см) возникновения ЭСР на внешней поверхности КА Установлено, что даже специально отобранные полимерные материалы поверхности КА не могут обеспечить исключение ЭСР в натурных условиях, что приводит к необходимости создания структурных электрофизических моделей электризации КА для расчета наводок в БКС, возникающих при разрядах

3 Разработана методика построения структурных электрофизических моделей электризации КА В методике каждый элемент поверхности КА представляется в виде эквивалентной электрической схемы из Я, Ь и С элементов При этом ЭСР моделируется импульсным источником тока с типичными характеристиками ( импульсный ток 100 А, время нарастания тока 10 не, спад тока 100 не), соответствующими натурным условиям Методика использует метод конечных элементов, содержит программный модуль расчета электромагнитных помеховых сигналов во фрагментах БКС и позволяет получать картину растекания импульсных токов по корпусу КА На основе полученной информации рассчитываются импульсные наводки во фрагментах БКС (на входах электронных блоков БРЭА)

4 Особенность предложенной методики заключается в том, что стыковка элементов сводится не к соединению эквивалентных электрических схем, соответствующих каждому элементу КА, а к булевым объединениям геометрических поверхностей базовых примитивов и созданию единой трехмерной полигональной сетки, описывающей геометрическую форму КА и электрофизические свойства элементов его конструкции Еще одной существенной особенностью методики является использование в расчетах экспериментально определяемого коэффициента трансформации тока, протекающего по корпусу КА, в напряжение

помехового сигнала во фрагменте БКС Это в значительной мере повышает точность расчета наводок Если лучшие зарубежные методики имели погрешность от +ЗдБ до -15 дБ, то погрешность предложенной методики не превышает 2,3 дБ Указанный коэффициент трансформации определяется с помощью специальной аппаратуры и методики, созданных в лаборатории радиационной физикохимии полимеров кафедры химии МИЭМ

5 Разработано программное обеспечение для проведения численных расчетов наводок в БКС КА по предложенной методике Разработанное ПО позволяет на основе чертежей конкретного КА строить его модель, используя трехмерный редактор 3D МАХ и САПР AutoCAD, превращать ее в эквивалентную электрическую схему с высокой степенью дискретизации и, далее, с помощью системы PSPICE получать картину растекания токов по поверхности КА и определять величины наводок во фрагментах БКС, проложенных по внешней поверхности КА

6 Выполнена экспериментальная проверка результатов расчета величин помеховых сигналов с помощью созданной СЭМ во фрагментах БКС конкретного К А Это позволило установить, что погрешность расчетов величин помеховых сигналов во фрагментах БКС с помощью предложенной методики не превышает 30%

7 Разработанная в диссертации методика построения структурных электрофизических моделей электризации КА внедрена в производство изделий космической техники С ее помощью выполнены расчеты помеховых сигналов во фрагментах БКС КА «Монитор», «Рамос», «Казсат», «Экспресс МД» и РБ «Бриз-КМ»

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях

1 Дорофеев А Н , Тютнев А П , Саенко В С , Пожидаев Е Д Природа электростатических разрядов на внешней поверхности космических аппаратов Физика и химия обработки материалов, 2004, №5, с 32-37

2 Садовничий Д Н , Тютнев А П , Милехин Ю М , Дорофеев А Н , Саенко В С, Пожидаев Е Д Электризация полимерных диэлектриков потоками электронов на геостационарной орбите Перспективные материалы, 2004, №2, с 15-19

3 Дорофеев А Н , Доронин А Н, Назаров И В , Саенко В С , Структурная электрофизическая модель электризации космических аппаратов Труды IX Межнационального совещания «Радиационная физика твердого тела», 28 июня-3 июля 1999 г Севастополь С 421-422

4 Тютнев А П , Кундина Ю Ф , Дорофеев А Н , Саенко В С , Пожидаев Е Д, Влияние электрического поля на радиационную электропроводность технических полимеров Труды X Межнационального совещания «Радиационная физика твердого тела», 3-8 июля 2000 г , Севастополь С 248-452

5 Кундина Ю Ф , Дорофеев А Н , Смирнов И А , Пожидаев Е Д, Тютнев А П Исследования радиационной электропроводности полимеров с малым дисперсионным параметром Труды XI межнационального совещания «Радиационная физика твердого тела» (Севастополь, 25-30 июня 2001 г) Москва НИИПМТ приМИЭМ (ТУ), 2002 С 195-199

6 Дорофеев А Н Саенко В С , Нерето М О Программное обеспечение структурной электрофизической модели электризации КА Труды XIII Межнационального совещания «Радиационная физика твердого тела», 30 июня - 5 июля 2003 г Севастополь С 218-222

7 АС Измайлов, А Н Дорофеев, В С Саенко, АП Тютнев, Е Д Пожидаев, В Т Семенов Структурная электрофизическая модель электризации космических аппаратов М Труды ВНИИЭМ, Т 102, 2005, с 210-219

8 К В Марченков, А Н Дорофеев, А В Востриков, В С Саенко

Новое поколение программного обеспечения «8а1е11Пе-М1ЕМ» для расчета наводок во фрагментах бортовой кабельной сети, проложенных по внешней поверхности космических аппаратов Труды ХУ11 Межнационального совещания «Радиационная физика твердого тела», 30 июня - 5 июля 2007 г Севастополь С 421-425

Подписано к печати" 09 " (О 2007 г Отпечатано в отделе оперативной полиграфии МИЭМ

Москва, ул М Пионерская, д 12-18/4-6, стр 1 Заказ № И5 Объем 1,0 п л Тираж <00 экз

Общая характеристика работы.

Глава 1. Анализ литературных данных по вопросам электризации космических аппаратов (КА) и моделированию воздействия электростатических разрядов (ЭСР) на работу бортовой радиоэлектронной аппаратуры (БРЭА) КА.

1.1. Электризация космических аппаратов. Общие положения.

1.2. Электростатические разряды на поверхности КА.

1.3. Результаты лабораторного моделирования и летных испытаний.

1.4. Электростатический разряд и его природа.

1.5. Особенности ЭСР при радиационном заряжении.

1.6. Воздействие ЭСР на работу БРЭА КА.

1.7. Программное обеспечение для моделирования воздействия космической среды на работу КА.

1.8. Выводы по главе 1.

Глава 2. Электризация полимерных покрытий внешней поверхности КА на геостационарной орбите во время магнитной суббури.

2.1. Электризация полимерных покрытий внешней поверхности КА при их облучении электронами.

2.2. Моделирование объемного заряжения полимерных покрытий КА на геостационарной орбите во время магнитной суббури.

2.3 Объемное заряжение полимеров потоком моноэнергетических электронов.

2.4. Выводы по главе 2.

Глава 3. Разработка структурной электрофизической модели электризации КА.

3.1. Введение.

3.2. Моделирование картины растекания токов по поверхности КА с помощью электрических цепей из сосредоточенных элементов.

3.3. Этапы построения СЭМ.

3.4. Параметрическое моделирование элементов поверхности КА.

3.5. Зависимость характеристик элементов СЭМ от параметров дискретизации геометрической модели КА.

3.6. Выводы по главе 3.

Глава 4. Разработка программного обеспечения СЭМ.

4.1 Введение.

4.2. Общая архитектура системы СЭМ электризации КА.

4.3 Создание трехмерной модели КА и трансляция в эквивалентную электрическую схему.

4.4. Визуализация картины растекания токов.

4.5. Модуль расчета наводок в БКС космического аппарата.

4.6. Методика моделирования ЭСР и расчета наводок в БКС конкретного КА и результаты измерения этих наводок.

4.6.1. Экспериментальная проверка результатов расчета наводок в

БКС конкретного КА.

4.7. Выводы по главе 4.

Актуальность работы. Заряжение диэлектрических покрытий космических аппаратов (КА) во время геомагнитных суббурь в магнитосфере Земли - это сложное, многофакторное, существенно нестационарное явление. Достаточно лишь кратко перечислить основные физические процессы, ответственные за формирование потенциала участка открытой поверхности диэлектрика.

Во-первых, это инжекция электронов и протонов космической плазмы с широким энергетическим спектром в приповерхностный слой диэлектрика.

Во-вторых, радиационная электропроводность (РЭ) диэлектрика от жесткой компоненты космических ионизирующих излучений.

В-третьих, влияние потенциала поверхности на энергию падающих частиц.

В-четвертых, вторичная электронная эмиссия электронов и фотоэмиссия.

Кроме того, необходимо учитывать перенос эмитированных электронов вдоль поверхности диэлектрика под влиянием тангенциальной составляющей электрического поля, темновую электропроводность диэлектриков и влияние на нее температуры, наличие границ, углов и седловых точек потенциала, сложную геометрию поверхности, нелинейные эффекты и взаимовлияние различных процессов друг на друга.

Несмотря на 25-летний период интенсивного исследования процессов электризации К А, до сих пор нет полного понимания этого явления, доставляющего значительные проблемы разработчикам космической техники.

Поэтому в МИЭМ была разработана идеология многоступенчатой защиты КА от эффектов электризации, в основе которой лежит структурное электрофизическое моделирование КА. Прежде всего, это комплекс технических мероприятий, позволяющих свести к минимуму дифференциальную зарядку аппарата. К таким мероприятиям относится применение материалов внешней поверхности КА с повышенной радиационной и темновой электропроводностью. Разумное сочетание программного обеспечения и критерия выбора диэлектрических материалов значительно снижает вероятность возникновения электростатических разрядов (ЭСР) на борту КА.

Разработка рекомендаций по снижению электризуемости внешних полимерных покрытий КА является важным этапом многоступенчатой защиты КА. Но так как подобрать полимерные покрытия, полностью исключающие ЭСР, все же не удается, то возникает другая актуальная задача - определение уровней помеховых сигналов, возникающих во фрагментах бортовой кабельной сети (БКС) при протекании ЭСР на поверхности КА. Знание величин помеховых сигналов позволяет разработчикам создавать электронных блоки бортовой радиоэлектронной аппаратуры (БРЭА) КА, стойкие к таким помехам, и тем самым обеспечивать ее безотказную работу.

Цель работы. Провести моделирование электризации полимерных покрытий, используемых на внешней поверхности космических аппаратов при воздействии потоков электронов на геостационарной орбите во время магнитной суббури, обосновать необходимость создания методики построения структурных электрофизических моделей (СЭМ) электризации КА и разработать указанную методику, позволяющую получать картину растекания токов по поверхности КА при разряде и определять величины наводок во фрагментах БКС, проложенных по внешней поверхности КА.

Научная новизна.

1. Выполнен теоретический анализ электризации полимерных покрытий, используемых на внешней поверхности космических аппаратов при воздействии потоков электронов на геостационарной орбите во время магнитной суббури. Базовым полимером для моделирования электризации служил полиэтилентерефталат (ПЭТФ). Методами Монте-Карло по схеме группировки малых передач энергии и по схеме укрупненных столкновений выполнен расчет распределения мощности дозы g(x) и тока быстрых электронов f(x) по толщине образца. С использованием системы уравнений Пуассона и непрерывности получено пространственно-временное распределение плотности объемного заряда и напряженности электрического поля в полимере при облучении его электронами реального энергетического спектра геостационарной орбиты во время магнитной суббури.

2. Установлено, что нелинейные свойства РЭ полимерного слоя оказывают сильное влияние на уровень электризации. Показано, что для снижения внутренних полей в защитном полимерном покрытии необходимо использовать полимеры со сверхлинейной зависимостью РЭ от электрического поля и с высокими значениями Д в степенной зависимости РЭ полимера от мощности дозы излучения вида '? (х)^ где 0,5<Д<1,0. К таким полимерам относятся

ПЭТФ, полиимид ПМ-1 и находящийся в стадии разработки поликарбонат с молекулярными добавками.

3. Показано, что при воздействии на ПЭТФ электронов реального энергетического спектра геостационарной орбиты максимальное электрическое поле составляет 2,5x105 В/см, что в несколько раз ниже максимального поля, возникающего при облучении этого же материала моноэнергетическими электронами (1,5x106 В/см). Выявлено, что и в том, и в другом случае значения этих полей в объеме полимера превышают величину критического поля (2x105 В/см), при котором начинают возникать ЭСР в околоземной космической плазме во время суббурь. Показано, что даже специально отобранные полимерные материалы поверхности КА не могут обеспечить отсутствие ЭСР в натурных условиях во время суббури, и поэтому необходимо построение структурных электрофизических моделей (СЭМ) электризации К А, позволяющих рассчитывать наводки в БКС, возникающие при разрядах.

4. Разработана методика построения СЭМ, основанная на методе конечных элементов и дополненная программным модулем расчета электромагнитных помеховых сигналов во фрагментах БКС. Особенности предложенной методики заключаются в следующем:

- вся конструкция КА представляется в виде единой геометрической трехмерной сетки с булевым объединением геометрических поверхностей базовых примитивов и созданием единой трехмерной полигональной сетки, описывающей геометрическую форму КА и электрофизические свойства элементов его конструкции; полученная полигональная сетка преобразуется в эквивалентную электрическую схему из R, L и С элементов;

- для повышения точности расчетов используется экспериментально определяемый коэффициент трансформации тока, протекающего по корпусу КА, в напряжение помехового сигнала во фрагменте БКС.

Полученные результаты имеют важное значение для радиационной физики твердого тела.

Практическая ценность.

Даны рекомендации по выбору полимерных покрытий внешней поверхности КА, обладающих пониженной способностью к электризации. Для этого необходимо использовать полимеры с нелинейными свойствами РЭ (сверхлинейность ВАХ и высокие значения показателя степени в зависимости РЭ от мощности дозы).

Разработано программное обеспечение для проведения численных расчетов наводок в БКС КА по предложенной методике построения СЭМ. Разработанное ПО позволяет:

- на основе чертежей конкретного КА строить его модель, используя трехмерный редактор 3D МАХ и САПР AutoCAD;

- превращать модель в эквивалентную электрическую схему с высокой степенью дискретизации;

- с помощью системы PSPICE получать картину растекания токов по поверхности КА;

- определять величины наводок во фрагментах БКС, проложенных по внешней поверхности КА.

Разработанная в диссертации методика построения структурных электрофизических моделей электризации КА внедрена в производство изделий космической техники. С ее помощью выполнены расчеты помеховых сигналов во фрагментах БКС КА «Монитор», «Рамос», «Казсат», «Экспресс МД» и РБ «Бриз-КМ».

Общие выводы

1. Выполнен теоретический анализ электризации полимерных покрытий, используемых на внешней поверхности космических аппаратов при воздействии потоков электронов с реальным энергетическим спектром, характерным для магнитной суббури на геостационарной орбите. Базовым полимером для моделирования электризации служил полиэтилентерефталат (ПЭТФ). Методами Монте-Карло по схеме группировки малых передач энергии и по схеме укрупненных столкновений выполнен расчет распределения мощности дозы g(x) и тока быстрых электронов /(х) по толщине образца. С использованием системы уравнений Пуассона и непрерывности получено пространственно-временное распределение плотности объемного заряда и напряженности электрического поля в полимере. Установлено, что нелинейные свойства РЭ полимерного слоя оказывают сильное влияние на уровень электризации. Показано, что для снижения внутренних полей в защитном покрытии необходимо использовать полимеры с нелинейной зависимостью РЭ от электрического поля. Поскольку зависимость РЭ полимера от мощности дозы излучения имеет степенную зависимость вида уг(х)= Аг • РА(х), где 0,5<Д<1,0, следует применять полимеры с высокими значениями А. Таковыми являются ПЭТФ, полиимид ПМ-1 и находящийся на стадии разработки поликарбонат с молекулярными добавками. 2. Показано, что при воздействии на ПЭТФ электронов реального энергетического спектра на геостационарной орбите максимальное электрическое поле составляет 2,5x105 В/см, что в несколько раз ниже значения при его облучении моноэнергетическими электронами (1,5x106 В/см). Выявлено, что и в том, и в другом случае эти поля превышают величину критического поля (2x105 В/см) возникновения ЭСР на внешней поверхности КА. Установлено, что даже специально отобранные полимерные материалы поверхности КА не могут обеспечить исключение ЭСР в натурных условиях, что приводит к необходимости создания структурных электрофизических моделей электризации КА для расчета наводок в БКС, возникающих при разрядах.

3. Разработана методика построения структурных электрофизических моделей электризации КА. В методике каждый элемент поверхности КА представляется в виде эквивалентной электрической схемы из R, L и С элементов. При этом ЭСР моделируется импульсным источником тока с типичными характеристиками ( импульсный ток 100 А, время нарастания тока 10 не, спад тока 100 не), соответствующими натурным условиям. Методика использует метод конечных элементов, содержит программный модуль расчета электромагнитных помеховых сигналов во фрагментах БКС и позволяет получать картину растекания импульсных токов по корпусу КА. На основе полученной информации рассчитываются импульсные наводки во фрагментах БКС (на входах электронных блоков БРЭА).

4. Особенность предложенной методики заключается в том, что стыковка элементов сводится не к соединению эквивалентных электрических схем, соответствующих каждому элементу КА, а к булевым объединениям геометрических поверхностей базовых примитивов и созданию единой трехмерной полигональной сетки, описывающей геометрическую форму КА и электрофизические свойства элементов его конструкции. Еще одной существенной особенностью методики является использование в расчетах экспериментально определяемого коэффициента трансформации тока, протекающего по корпусу КА, в напряжение помехового сигнала во фрагменте БКС. Это в значительной мере повышает точность расчета наводок. Если лучшие зарубежные методики имели погрешность от +ЗдБ до -15 дБ, то погрешность предложенной методики не превышает 2,3 дБ. Указанный коэффициент трансформации определяется с помощью специальной аппаратуры и методики, созданных в лаборатории радиационной физикохимии полимеров кафедры химии МИЭМ.

5. Разработано программное обеспечение для проведения численных расчетов наводок в БКС КА по предложенной методике. Разработанное ПО позволяет на основе чертежей конкретного КА строить его модель, используя трехмерный редактор 3D МАХ и САПР AutoCAD, превращать ее в эквивалентную электрическую схему с высокой степенью дискретизации и, далее, с помощью системы Р8Р1СЕ получать картину растекания токов по поверхности КА и определять величины наводок во фрагментах БКС, проложенных по внешней поверхности КА.

6. Выполнена экспериментальная проверка результатов расчета величин помеховых сигналов с помощью созданной СЭМ во фрагментах БКС конкретного КА. Это позволило установить, что погрешность расчетов величин помеховых сигналов во фрагментах БКС с помощью предложенной методики не превышает 30%.

7. Разработанная в диссертации методика построения структурных электрофизических моделей электризации КА внедрена в производство изделий космической техники. С ее помощью выполнены расчеты помеховых сигналов во фрагментах БКС КА «Монитор», «Рамос», «Казсат», «Экспресс МД» и РБ «Бриз-КМ».

115

1. Garrett Н.В. The Charging of Spacecraft Surfaces / Review of Geophysics and Space Physics. 1981. V. 19. № 4. P. 577-616.

2. Акишин А.И., Новиков JI.C. Физические процессы на поверхности искусственных спутников Земли. М.: Изд-во МГУ, 1987.

3. Милеев В. Н. , Новиков JI. С. В кн.: Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике солнца. Вып.86. М.: Наука. 1989. с. 64 98.

4. Акишин А.И., Новиков JI.C. Воздействие окружающей среды на материалы космических аппаратов. М.: Знание, Космонавтика, астрономия, 1983, № 4, 64 с.

5. Purvis С.К., Garrett Н.В., Whittlesey А.С., Stevens N.J. Desing Guidelines for Asserssing and Controlling Spacecraft Charging Effects, NASA-TR-2361. 1984. Per № 04509243 (Перевод № 21-86. 1986).

6. Gaines E.E., Nightingale R.W., Jmhof W.L. and Reagan J.B. Enhanced Radiation Doses to High-Altitude Spacecraft During June 1980 // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1981. V. NS-23. № 6. P. 4502-4504.

7. Тютнев А. П., Ванников А. В., Мингалеев Г. С. Радиационная электрофизика органических диэлектриков. М.: Энергоатомиздат, 1989.

8. Доронин А.Н., Тютнев А.П., Саенко B.C., Пожидаев Е.Д. Проводимость внешних диэлектрических покрытий космических аппаратов при воздействии космических ионизирующих излучений // Перспективные материалы, 2001, № 2, с. 15 22.

9. Spacecraft charging by magnetospheric plasmas. Ed. A. Rosen. Progress in Astronautics and Aeronautics, v 47, 1976.

10. Spacecraft charging technology Conf. Eds. C.P. Pike and R.P. Lowell. NFSF-75537/TR-77-0051, 1977.

11. Spacecraft charging technology Conf. Eds. R.C.Finke and C.P.Pike. NASA Conf. Publ. 2071/AFGL-TR-79-0082, 1979.

12. Mullen, E. G., Gussenhoven, M. S., and Hardy, D. A. SCATHA survey of highvoltage spacecraft charging in sunlight, "Journal of Geophysical Research", 91:1474-90,1986.

13. Katz I., Stannard P.R., Gedeon L., Roche J.C., Rubin A.G., Tautz M. F., NASCAP simulations of spacecraft charging of the SCATHA satellite, Spacecraft/Plasma Interactions and their Influence on Field and Particle Measurements, ESA SP-198, p.109,1983

14. Koons, H. C., Mizera, P. F., Roeder, J. L., Fennell, J. F., "Severe spacecraft charging events on SCATHA in September 1982", Journal of Spacecraft and Rockets, 25:239-43,1988

15. Spacecraft charging technology Conf. Eds. N.J. Stevens and C.P.Pike. NASA. Conf. Publ. 2182/AFGL-TR-81-0270, 1981.

16. Антонов B.M., Пономаренко А.Г., Графодатский O.C., Исляев Ш.Н., Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике солнца. Вып.86. М.: Наука, 1989, с.45-63.

17. Balmain K.G., Dubois G.R. Surfase discharges on Teflon, Mylar and Kapton // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1979. V. 26. №> 6. P. 5144-5151.

18. Летин B.A. Проблемы электризации солнечных батарей космических аппаратов // Космонавтика и ракетостроение, 2003, т. 30, № 1, с.43 53.

19. Sims, Andrew, J., Electrostatic Charging of Spacecraft in Geosynchronous Orbit, Defense Research Agency Tech. Memo SPACE 389, Fambough, Hampshire, U.K., December 1992.

20. Frederickson A. R., Levy L., Enloe C. L., Radiation-induced Electrical Discharges in Complex Structures, IEEE Trans. Electrical Insulation 22; No. 6, 1166-87, Dec. 1992.

21. Тютнев А.П., Садовничий Д.Н., Боев С.Г. О природе квазистационарного состояния при заряжении полимеров ускоренными электронами // Химия высоких энергий. 1998. Т. 32. № 3. С. 194-201.

22. Тютнев А.П., Доронин А.Н., Саенко B.C., Садовничий Д.Н., Пожидаев Е.Д. Электризация полимерных пленок в лабораторных условиях и в открытом космическом пространстве // Космические исследования. 2002. Т. 40. №2. С. 142-146.

23. Тютнев А.П., Карпечин А.И., Боев С.Г., Саенко B.C., Пожидаев Е.Д. Радиационная электропроводность полимеров при непрерывном облучении // Химия высоких энергий. 1993. Т. 27. № 2. С. 32-38.

24. Tyutnev А.Р., Kundina Yu.F., Saenko V.S., Doronin A.N., Pozhidaev E.D. Radiation-induced conductivity of poly(ethyleneterephthalate): theoretical model and its applications // High Perfomance. Polymers. 2001. V. 13. P. 493-504.

25. Ягушкин Н.И., Графодатский О.С., Исляев Ш.Н. и др. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике солнца. Вып.86. М.: Наука, 1989, с. 131168.

26. Бабкин Г.В., Колосов СЛ., Саенко B.C. и др. Электроструктурное моделирование: Тезисы докл. / I Межотраслевая конференция ЦНТИ "Поиск". ГОНТИ-1.1985. С.22-25.

27. Садовничий Д.Н., Тютнев А.П., Хатипов С.А., Саенко B.C., Пожидаев Е.Д. Накопление объемных зарядов при облучении эпоксидного компаунда электронами в вакууме // Высокомолек. соед. А. 2003. Т. 45. № 2. С. 230-236.

28. Лаппа A.B., Бурмистров Д.С., Васильев О.Н. Расчет микродозиметрических характеристик в воде, облучаемой электронами и гамма-квантами // Известия вузов. Физика. 1988. № 2. С. 77-82.

29. Тютнев А.П., Садовничий Д.Н. Влияние электрического поля на эффективную подвижность носителей заряда в полимерах // Химическая физика. 1998. Т. 17. № 3. С. 121-133.

30. Садовничий Д.Н., Голуб Е.А., Тютнев А.П., Юшков Е.С. Расчет электрических полей в плоских гетерогенных структурах // Химия высоких энергий. 1993. Т. 27. №5. С. 3-8.

31. Flanagan Т.М., Denson R., Mallon C.E., Treadaway M.J., Wenaas E.P. Effect of laboratory simulation parameters on spacecraft dielectric discharges // IEEE Trans. Nucl. Sei. 1979. V. 28. № 6. P. 5134-5140.

32. Садовничий Д.Н., Тютнев А.П., Милехин Ю.М., Дорофеев А.Н., Саенко B.C., Пожидаев Е.Д. Электризация полимерных диэлектриков потоками электронов на геостационарной орбите// Перспективные материалы, 2004, № 2, с. 15-19.

33. Ушаков В.Я. Импульсный электрический пробой жидкостей. Томск: Изд-во Томского университета, 1975.

34. Fitzpatrick G.J. Prebreakdown cathode processes in liquid hydrocarbons // IEEE Trans. Electr. Insul. 1987. V. 22. № 4. P. 453-458.

35. Ушаков В.Я. Электрическое старение и ресурс монолитной полимерной изоляции. М.: Энергоатомиздат, 1988.

36. Бугаев С.П., Месяц Г.А. Импульсный разряд в диэлектриках. Новосибирск: Наука, 1985.

37. Месяц Г.А., Проскуровский Д.И. Импульсный электрический разряд в вакууме. Новосибирск: Наука, 1984.

38. De Forest S.E. Spacecraft charging at synchronous orbit // J. Geophys. Res. 1972. V. 27. №4. P. 651-659.

39. Акишин A.H., Новиков JI.C. Электризация космических аппаратов. Сер.: Космонавтика, астрономия. М.: Знание. 1985. Т. 3. С. 22-58

40. Боев С.Г., Ушаков В .Я. Радиационное накопление заряда в твердых диэлектриках и методы его диагностики. М.: Энергоатомиздат, 1991.

41. Sessler G.M. Charge dynamics in irradiated polymers // IEEE Trans. Electrical Insulation. 1992. V. 27. № 5. P. 961-973.

42. Blob P., Steffen M., Schater H., Yang G.-M., Sessler G.M. A comparison of spacecharge distributions in electron-beam irradiated FEP obtained by using heat-wave and pressure-pulse techniques //J. Phys. D., Appl. Phys. 1997. V. 30. P. 1668-1675.

43. Frederickson A.R. Upsets related to spacecraft charging // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1996. V. 43. №2. P. 426-441.

44. Reagan J.B., Meyerott R.E., Gaines E.E., Nightingale R.W., Filhert P.C., Jmhof W.L. Space charging currents and their effects on spacecraft systems // IEEE Trans. Electrical Insulation. 1983. V. 18. P. 354-365.

45. Дорофеев A.H., Тютнев А.П., Саенко B.C., Пожидаев Е.Д. Природа электростатических разрядов на внешней поверхности космических аппаратов. Физика и химия обработки материалов, 2004, №5, с.32-37

46. Милеев В.Н., Новиков JI.C. В кн.: Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. Вып. 86. Электризация геостационарных спутников. М.: Наука. 1989. С. 64-98.

47. Милеев В.Н., Новиков JI.C. Физико-математическая модель электризации ИСЗ на геостационарной и высокоэллиптических орбитах. В кн.: Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука. 1989. Вып. 86. С.64-98.

48. Vaughan W.W., Niehuss K.O., Alexander M.B., "Spacecraft Environments Interactions: Solar Activity and Effects on Spacecraft ", NASA Reference Publication 1396, Marshall Space Flight Center, November 1996

49. Woods A.J., Wenaas E.P. Spacecraft discharge electromagnetic interference coupling models //J. Spacecraft and Rockets. 1985. V. 25. № 3. P. 265-281.

50. Nanevicz J.E., Adamo R.C. Malter discharges as a possible mechanism resonsible for noise pulses observed on synchronous-orbit satellites // Progress in Astronautics and Aeronautics. 1976. V. 47. P. 247-261.

51. Newell D.M., Watevs W.E. Spacecraft charge protection of large three-axis-stabilized communications satellites-intelsat Vdisign// In: IEEE Dec. 1981. V. NS-18. №6. P. 4505-4508.

52. Mason A. Peck. Prospects and Challenges for Lorentz-Augmented Orbits, the AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference, San Francisco, CA 15-18 August 2005.

53. JI.C. Новиков, Г.В. Бабкин, Е.П. Морозов, С.А. Колосов, К.К. Крупников, В.Н. Милеев, B.C. Саенко Руководство для конструкторов. ЦНИИМАШ, Королев, 1995.

54. Колосов С.А., Саенко B.C., Пожидаев Е.Д. Влияние электризации на функционирование РЭА космических летательных аппаратов // Зарубежная радиоэлектроника. 1991. №3. С.92-95.

55. Бабкин Г.В., Беседина Т.В., Божко И.Д., Морозов Е.П., Савичев В.В. и др. Электризация высокоорбитальных космических аппаратов. Обзор по материалам зарубежной печати под ред. доктора технических наук С.Д. Гришина, ЦНИИМАШ, 1985. Сер. 11. № 28.

56. Leach, R. D., and Alexander, М. В. (Editor), "Failures and Anomalies Attributed to Spacecraft Charging", NASA Reference Publication 1375, August 1995

57. Кечиев Л. H., Пожидаев Е. Д. Защита электронных средств от воздействия статического электричества. М. Издательский Дом "Технологии". 2005 г.

58. Саенко B.C. Повышение стойкости космических летательных аппаратов к воздействию факторов электризации. Дисс. доктора техн. наук. М.: МГИЭМ (ТУ) 1998.

59. V. A. Davis, I. Katz, М. J. Mandell and В. M. Gardner. Spacecraft Charging Interactive Handbook. 6th Spacecraft Charging Technology Conference, AFRL-VS-TR-20001578,1 September 2000

60. Lewis, R. 0. . Jr.: Viking and STP P78-2 Electrostatic Charging Designs and Testing. Proceedings of the Spacecraft Charging Technology Conference, C. P. Pike and R. R. Lovell, eds., NASA TM X-73537, 1977, pp. 753-772.

61. Lyon B. King, Gordon G. Parker, Satwik Deshmukh, Jer-Hong Chong. Spacecraft Formation-flying using Inter-vehicle Coulomb Forces. January 7, 2002 Michigan Technological University.

62. Rothwell, P. L.; Rubin, A. G.; and Yates, G. K.: A Simulation Model of Time-Dependent Plasma-Spacecraft Interactions. Proceedings of the Spacecraft Charging Conference, C. P. Pike and R. R. Lovell, eds., NASA TM X-73537, 1977, pp. 389412.

63. Katz I., Parks D.E., Mandell M.J., Harvey J.M., Wang S.S., Roche J.C., NASCAP, a three-dimensional charging analyzer program for complex spacecraft, IEEE Trans. Nucl. Sci.,NS-24, p. 2276, 1977.

64. Shuquan Wang and Hanspeter Schaub. One-dimensional 3-craft coulomb structure control. In 7th International Conference on Dynamics and Control of Systems and Structures in Space, pages 269-278, Greenwich, London, England, July 19-20 2006.

65. Mandell, M. J., and Davis, V. A., "User's guide to NASCAP/LEO," SSS-R-8507300-R2, NASA Lewis Res. Center, Cleveland, OH, 1990.

66. Laframboise J. G., Prokopenko S. M. L, High voltage differential charging of geostationary spacecraft. Journal of Geophysical Research, 85(4125), 1980

67. Lilley, J. R., Cooke, D. L., Jongeward, G. A., Katz I, POLAR User's manual, Geophysics Laboratory, Hanscom, GL-TR-89-0307, October 1989.

68. Mandell, M. J., Jongeward, G. A., and Cooke, D. L., Spacecraft-plasma interaction codes: NASCAP/GEO, NASCAP/LEO, POLAR, DynaPAC, and EPSAT, Fifth Annual Workshop on Space Operations Applications and Research, Houston, Texas, July 9-11,1991, pp 672-679.

69. Perez, R., "Analysis of Electromagnetic Interference Effects in Spacecraft Generated by Electrostatic Discharges using the Method of Moments", 6th Annual Review of Progress in Applied Computational Electromagnetics, Monterey, March 19-22, 1990

70. Roussel J-F. Rogier F. Volpert D. Forest J. Rousseau G. Hilgers A. Spacecraft plasma interaction software (SPIS) numerical solvers-methods and arch itecture. In 9th Space-craft Charging Technology Conference, Tsukuba, Japan, April 2005. JAXA.

71. Roussel J-F. Forest J. Hilgers A. Thiebault B. Jourdain S. SPIS-UI, a new integrated modelling environment for space applications. In 9th Spacecraft Charging TechnologyConference, Tsukuba, Japan, April 2005. JAXA.

72. Roussel J-F. Spacecraft Plasma Environment and Contamination Simulation Code : Description and First Test. Journal of Spacecraft and Rockets, Vol.35, No.2, p.205-211, March-April 1998.

73. Eriksson A.I., Wedin L., Wahlund J.-E., Holback B. Modelling of Freja Observations by Spacecraft Charging Codes. ESA contract 11974/96/NL/JG(SG), SPEEWP120- TN, June 1998

74. Садовничий Д.Н., Тютнев А.П., Милехин Ю.М., Дорофеев А.Н., Саенко B.C., Пожидаев Е.Д. Электризация полимерных диэлектриков потоками электронов на геостационарной орбите. Перспективные материалы, 2004, №2, с. 15-19.

75. Кольчужкин А. М, Учайкин В. В. Введение в теорию прохождения частиц через вещество. М., Атомиздат, 1978, 256 с.

76. Бэдсел Ч., Ленгдон А. Физика плазмы и численное моделирование: Пер. с англ.— М.: Энергоатомиздат, 1989., 452 с

77. Хокни Р., Иствуд Дж. Численное моделирование методом частиц: Пер. с англ. — М.:Мир, 1987. —640 с.

78. Мудров А.Е. Численные методы для ПЭВМ на языках Бейсик, Фортран и Паскаль. Томск: МП "РАСКО", 1991.-272 с: ил.

79. Форсайт Дж., Малькольм М., Моулер К. Машинные методы математических вычислений: Пер. с англ. М.: Мир, 1980. 280 с.

80. Идье В., Драйард Д., Джеймс Ф., Рус М., Садуле Б. Статистические методы в экспериментальной физике. Пер. с англ.-. М, Атомиздат, 1976, с. 335.

81. Соболь И. М. Численные методы Монте-Карло. Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука», 1973. 312 с

82. Спанье Дж., Гелбард Э. Метод Монте-Карло и задачи переноса нейтронов. Перев англ. Под ред. А.Д. Франк-Каменецкого. М., Атомиздат, 1972. 272 с.

83. Seltzer S.M. Electron-photon Monte Carlo Calculations: The ETRAN Code // Appl. Radiat. Isot. 1991. V. 42. P. 917-941.

84. Inouye G.T. Spacecraft charging by magnetospheric plasmas // Progr. Astronaut. Aeronaut. Mil Press. 1976. V. 42. P. 103-120.

85. Хилл Дж. P., Уиппл Э.К. Электризация больших конструкций в космосе применительно к проблеме космических полетов с солнечным парусом. Аэрокосмическая техника. 1986. № 3. С. 122.

86. Дорофеев А.Н., Доронин А.Н., Назаров И.В., Саенко B.C., Структурная электрофизическая модель электризации космических аппаратов. Труды IX Межнационального совещания «Радиационная физика твердого тела», 28 июня-3 июля 1999 г. Севастополь. С. 421-422.

87. Robinson, P. A., Jr.; and Holman, А. 8.: Pioneer Venus Spacecraft Charging Model. Proceedings of the Spacecraft Charging Technology Conference, C. P. Pike and R. R. Lovell, eds., NASA TM X-73537, 1977, pp. 297-308. •

88. Дорофеев A.H. Саенко B.C., Нерето M.O. Программное обеспечение структурной электрофизической модели электризации КА. Труды XIII Межнационального совещания «Радиационная физика твердого тела», 30 июня 5 июля 2003 г. Севастополь. С. 218-222.

89. А.С. Измайлов, А.Н. Дорофеев, B.C. Саенко, А.П. Тютнев, Е.Д. Пожидаев, В.Т. Семенов Структурная электрофизическая модель электризации космических аппаратов М.: Труды ВНИИЭМ, Т.102,2005, с. 210-219.

90. Голованов Н.Н. Геометрическое моделирование. М.: Издательство Физико-Математической литературы, 2002.

91. Хилл Ф. OpenGL. Программирования компьютерной графики. Для профессионалов. СПб.: Питер, 2002.

92. Сильвестер П., Феррари Р. Метод конечных элементов для радиоинженеров и инженеров-электриков: Пер. с англ. М.: Мир, 1986.

93. Сабоннадьер Ж.-К, Кулон Ж.-Л. Метод конечных элементов и САПР: Пер. франц. М.: Мир, 1989.

94. Шайдуров В.В. Многосеточные методы конечных элементов М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989.

95. Роджерс Д. Алгоритмические основы машинной графики: Пер. с англ. — М.: Мир, 1989. —512 с

96. Ю5.Мильчин В.М. 3D Studio МАХ 7.0: Все, что Вы хотели знать, но боялись спросить. Неофициальное пособие по созданию трехмерных анимационных объектов на персональном компьютере М.: Бук-Пресс и К. 2005

97. By M., Девис Т., Нейдер Дж., Шрайнер Д. OpenGL. Руководство по программированию. Библиотека программиста. 4-е издание. -СПб.: Питер, 2006.- 624 с

98. Эйнджел Эдвард. Интерактивная компьютерная графика. Вводный курс на базе OpenGL, 2 изд.: Пер. с англ. — М.: Издательский дом "Вильяме", 2001. — 592 с.

99. Разевиг В.Д. Применение программ P-CAD и PSpice для схемотехнического моделирования на ПЭВМ: В 4 выпусках. Вып. 3: Моделирование аналоговых устройств. М.: Радио и связь, 1992

100. Финкелыптейн Эллен. AutoCAD 2002. Библия пользователя. : Пер. с англ. -М. Издательский дом «Вильяме», 2003.

101. Уваров A.C. AutoCAD для конструкторов. М.: Горячая линия - Телеком, 2006. - 399 с.

102. Тихомиров Ю. OpenGL. Программирование трехмерной графики- СПб, BHV-Санкт-Петербург, 1998.-256 с.

103. Краснов М.В. OpenGL. Графика в проектах Delphi.-СПб.: БХВ-Петербург, 2002. -352 с.

104. При построении структурных электрофизических моделей учитывались конструктивные особенности КА, характеристики применяемых материалов, их сочетания, конструктивные особенности экранирования БКС.

105. На основе картины растекания токов по корпусу изделий при ЭСР были определены величины импульсных наводок в БКС КА.

106. Результаты расчетов наводок в БКС вошли составной частью в ТЗ на электронные блоки бортовой аппаратуры изделий для обеспечения безотказной работы этих блоков при воздействии ЭСР на бортовую кабельную сеть.

107. Указанные мероприятия способствовали повышению стойкости бортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов, выпускаемых ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, к воздействию поражающих факторов электризации.

108. Начальник отдела -- В.Н. Мельников1. РЦ. /а»'

109. Начальник сектора, к.т.н. ^.Н. Доронин1. ЖЖЖЖЫж