[发明专利]一种航天器充放电综合分析方法

说明书

一种航天器充放电综合分析方法，首先建立待进行充放电综合分析的航天器模型，进行网格划分并配置网格属性，确定计算时间步长，然后设置航天器模型的初始粒子环境、地磁场环境，计算各个网格的电荷密度和电流密度，并求解电磁场方程，完成各个网格电场分量值、磁场分量值的计算，最后将网格的电场分量值、磁场分量值权重到各个粒子所在位置，更新粒子的位置、动量，并针对不同的分析需求，利用统计法、蒙特卡洛方法等分别实现整个计算区域粒子位置、动量、数量以及导体电位、介质电导率等参数修正，进而完成当前时间步长航天器充放电综合分析。

技术领域

本发明涉及航天器防护加固技术领域，特别是一种航天器充放电综合分析方法，用于分析和研究航天器在复杂环境中的充放电过程以及放电过程中存在的协同机理。

背景技术

当前航天器对可靠性与寿命的要求越来越高，航天器面临的空间环境也越来越复杂，因此亟须发展一种更加科学有效的航天器充放电研究方法，既能同时满足高精度、实时性的分析要求，又能计算分析不同带电问题之间可能存在的相互影响和制约关系，为进一步深入研究航天器在复杂条件下的静电放电提供方法基础。

在表面带电效应仿真分析方面，以NASCAP为代表的众多卫星带电分析软件的开发应用，使国外已经掌握整星表面带电分析，同时也节约了大量的试验费用并大大加快了卫星的研制过程。国际上比较知名的表面充放电软件主要有NASCAP-2K，SPIS，MUSCAT等，它们都是通过迭代计算航天器表面元素带电粒子的通量、更新表面电势和电场的方法求得稳态或者特定条件下的航天器充电状态，但是这类软件不能同时考虑深层带电问题，并且无法进行复杂的静电放电评估。

现有的内带电效应数值软件主要有DICTAT、DERO、ESADDC以及NUMIT。上述数值仿真软件采用的计算方法不同，功能也有所差异，但是基本物理模型和研究流程大致相同，在核心算法方面主要有两种：1)采用解析方程计算电子的运动和沉积，采用欧姆定律和简单的电容器理论计算介质内充电电场和表面电位；2)采用蒙特卡罗方法计算电子的运动和沉积，通过对泊松方程求解获得介质内充电电场和表面电位。这类软件与表面带电效应软件算法差别很大，不能处理表面带电问题，同时也不能处理复杂的静电放电问题。

综上所述，通过对国内外文献和专利库进行关键字检索，未见有关于空间防护及加固方面针对空间航天器充放电效应综合分析，特别是放电过程综合分析的专利或文献。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种航天器充放电综合分析方法，与现有技术相比能够同时分析表面充放电和深层充放电机制，并可以计算得到充放电过程中可能出现的相互影响和制约，便于更加科学有效进行航天器设计及加固。

本发明的技术解决方案是：一种航天器充放电综合分析方法，包括如下步骤

(1)建立待进行充放电综合分析的航天器模型；

(2)对航天器模型进行网格划分，并配置各个网格的网格属性；所述的网格属性包括电导率、介电常数；

(3)确定进行航天器充放电综合分析的采用时间步长；

(4)设置航天器模型的初始粒子环境、地磁场环境；

(5)向航天器模型的各个网格发送电子，然后计算各个网格的电荷密度、电流密度；

(6)计算航天器模型各个网格的电磁场方程，进而得到各个网格的电场分量值、磁场分量值；所述的电磁场方程包括泊松方程、Maxwell方程；

(7)根据航天器模型各个网格的电场分量值、磁场分量值计算得到各个粒子所在位置的电场分量、磁场分量，然后更新各个粒子的位置、动量；

(8)根据当前航天器模型的充放电状态修正各个粒子的位置、动量，更新航天器模型各个网格的电场分量值、磁场分量值、电荷密度、电流密度，进而得到当前采用时间步长航天器模型的粒子环境、地磁场环境；