[发明专利]航天器电位自主控制膜结构

说明书

本发明公开了一种航天器电位自主控制膜结构，基于碳纳米管的场致发射性能制成，所述控制膜结构由三部分组成，基板为金属膜，粘贴或压紧在金属膜上的电子发射层，电子发射层为碳纳米管浆料涂覆层或碳纳米管纸，其中电子发射层上设置有聚合物膜，聚合物膜为多孔膜，聚合物膜厚度在1μm‑1mm之间。本发明的膜结构简单，安装方便，直接贴附在航天器表面即可，在航天器电位达到一定值时自动开始发射电子，无需控制指令，也不需要提供电源系统。

技术领域

本发明属于航天器空间环境防护技术研究领域，具体涉及一种航天器电位自主控制膜的结构。

背景技术

地磁暴和地磁亚暴期间，地球辐射带中能量大于1MeV电子通量大幅增加。这些电子穿透航天器的蒙皮，进入航天器内部，造成航天器结构电位快速下降，而航天器表面绝缘介质材料由于二次电子发射、光电子发射、离子吸收等原因，则会呈现相对于结构的正电位。当二者电位差达到一定值时就会引发静电放电(ESD)，击穿绝缘材料。这种充放电方式也是航天器充放电现象中产生危害最严重的一种方式在空间中航天器带电会有可能引发放电现象，导致航天器材料、器件损毁。

目前,航天器电位控制的主要方法之一就是发射带电粒子(包括电子和质子)(中国航天,2008,6:36,航天器表面电位的主动控制；真空与低温,2014,20(4):243,LEO大型载人航天器主动电位控制技术进展；航空学报,2016,37(5),大型低轨道载人航天器电位主动控制)。这种方法是利用粒子发射装置，通过指令控制喷射带电粒子降低航天器电位，从而将航天器电位保持在安全水平。由于需要指令命令粒子发射装置开始发射粒子，故又称为主动电位控制。目前航天器的主动电位控制，常用的、典型的有电子源和等离子体源两种。

电子源：发射电子，主要有热灯丝、空心阴极等，目前国际空间站上采用的电位控制设备等离子体接触单元(PCU)，就是利用空心阴极发射电子进行电位控制的。

离子源：发射正电离子，主要是将工质电离，形成离子流，发射出去。

由此可见，目前发射电子或者离子的电位控制方式，都属于主动电位控制方式，不仅需要控制系统，判断航天器电位状况，从而发射指令控制何时发射电子、离子，何时停止发射，而且需要耗费电能，设备相对沉重(公斤级)。

本发明基于先进纳米材料场致发射性能，提出一种可以在航天器发生带电时自主发射电子的电位控制膜的结构，该基于该结构的控制膜首先不需要发射指令，当航天器电位达到一定值时，可以自动发射电子，其次不需外加供电系统，能自主发射电子，降低航天器结构地与表面绝缘材料间的电压差，第三，该控制膜为一个薄膜，重量轻(十克量级)。因此，该技术为航天器提供更简单可靠的电位控制，保障航天器在轨安全。

发明内容

针对上述情况下航天器电位控制的需求，本发明提出了一种可以无功耗自主发射电子的控制膜结构。该电位控制膜结构不需要对航天器电位进行监控，而是当航天器结构与绝缘介质电位差达到一定数值时，自动开始发射电子，从而使得电位差一直处于发生放电现象阈值电位差之下，从而避免发生放电现象，保证航天器安全。该技术可以广泛应用于地球轨道航天器的电位控制。

本发明采用了如下的技术方案：