[发明专利]一种航天器介质材料静电放电试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种航天器介质材料静电放电试验装置及方法，特别是测试介质材料在低能和高能的结合环境辐照下介质材料的静电放电脉冲，属于测量领域。

背景技术

针对航天器使用的各类介质材料，研究航天器介质材料静电放电与环境之间的关系，对于更全面地理解航天器在空间真实辐照下介质材料静电放电特性是很重要的，同时，也为航天器的设计和制造提供重要的依据。

航天器的静电放电多发生在电缆绝缘层、印制电路板、电容器部件、综合电路包或悬浮导体上，由放电产生的瞬态脉冲耦合到航天器电子系统时，会引起逻辑开关异常，电子系统永久性失效或敏感元件性能下降，以致整个系统的破坏。除产生电子设备的电磁干扰和损坏外，静电放电也导致表面材料的损坏或物理性能衰退。由于放电产生了局部热量并在电弧放电区产生材料损伤，它不但损害航天器的完整性，而且还改变了表面材料的物理特性，从而最终破坏航天器的正常工作。

天然空间环境中的电子能谱具有广谱特点，这与在实验室进行的单能电子辐照模拟试验有差别，因此其得到的结果也不是完全一致的。外国学者研究发现，如果在25keV低能电子环境中加入200keV的高能电子束流，那么Kapton材料上将不会发生静电放电现象。因此，发生在真实空间环境中的静电放电具有很强的不确定性。随着航天器电子系统性能的提高，航天器对空间带电环境引起的介质材料静电放电问题也越来越敏感，航天器带电防护技术成为发展长寿命应用卫星所必须解决的关键技术之一。开展航天器带电防护技术研究的前提，需要在地面模拟航天器在真实空间带电环境下的介质材料发生静电放电的现象，监测介质材料表面电位和静电放电脉冲，来评价航天器介质材料的带电防护性能。因此，亟需开展介质材料在低能和高能的结合环境辐照下介质材料的静电放电脉冲的测试和表面电位的测量，这是介质材料充放电研究和分析中必不可少的一项重要内容。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种航天器介质材料静电放电试验装置及方法，模拟介质材料同时受到低能电子和高能电子的结合环境辐照下对介质材料静电放电的影响，测得介质材料的静电放电脉冲和表面电位。

为解决上述技术问题，本发明具体方法如下：

一种航天器介质材料静电放电试验装置，它由真空室、电子加速器、电子枪、真空抽气系统、绝缘样品台、三维运动机构、示波器、采样电阻、非接触式电位计组成；电子加速器和电子枪所产生电子能量和束流密度均可调；

真空抽气系统与真空室连通，示波器、采样电阻以及非接触式电位计除探头的部分置于真空室外部；介质材料样品以介质在上、背金属电极在下的状态放置在真空室内部的绝缘样品台上，介质材料样品的背金属电极通过真空靶室外的50Ω采样电阻接地，在背金属电极和接地电阻之间接入示波器，非接触式电位计的探头安装在三维运动机构上，电子加速器和电子枪位于绝缘样品台上方。

一种使用权利要求1的介质材料静电放电试验装置的测试方法，包括下列步骤：

步骤1、将介质材料样品放置于真空室中的绝缘样品台上，关闭真空室；

步骤2、开启真空抽气系统给真空室抽真空；

步骤3、开启电子加速器模拟空间环境的高能电子；

步骤4、开启电子枪模拟空间环境的低能电子；

步骤5、利用三维运动机构将非接触式电位计的探头移动到介质材料样品的上方测量表面电位，利用示波器监测介质材料样品的静电放电脉冲。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)采用电子加速器和电子枪能较好的模拟真实空间带电环境；

(2)此介质材料电导率测量装置及方法可操作性强，该试验系统工作稳定，适用于测量在不同能量的低能电子和高能电子结合环境辐照下的介质材料静电放电脉冲和表面电位。

附图说明

图1是本发明的介质材料静电放电试验装置结构图。

图中：1-真空室、2-电子加速器、3-电子枪、4-真空抽气系统、5-样品台、6-介质材料样品、7-三维运动机构、8-示波器、9-采样电阻、10-非接触式电位计。

具体实施方式

本发明提供了一种介质材料静电放电试验装置及方法，其利用电子加速器和电子枪获得高能电子和低能电子的混合辐照环境，测试介质材料在低能和高能的结合环境辐照下介质材料的静电放电脉冲，同时测量介质材料的在低能和高能结合环境辐照下的表面电位。