在研究靜電放電防護(hù)措施之前,首先應(yīng)了解靜電危害發(fā)生的條件:
(1)產(chǎn)生并積累起足夠的靜電,形成“危險(xiǎn)靜電源”(
靜電放電模擬器),以至于局部電場強(qiáng)度達(dá)到或超過周圍介質(zhì)的擊穿場強(qiáng),發(fā)生靜電放電。
(2)危險(xiǎn)靜電源的周圍有易燃易爆氣體混合物并達(dá)到爆炸濃度極限,或有電火工品,或有靜電敏感器件等靜電易爆、易損物質(zhì)。
(3)危險(xiǎn)靜電源與靜電易爆、易損物質(zhì)之間能夠形成能量耦合并且靜電放電能量等于或超出易爆物質(zhì)最小電火能量或易損物質(zhì)靜電敏感度闕值。
在星載設(shè)備的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、研制、生產(chǎn)、總裝過程中,由于靜電放電引起設(shè)備內(nèi)部器件的損壞,進(jìn)而導(dǎo)致航天器的故障的案例是存在的。因此為保證航天器正常工作,根據(jù)靜電產(chǎn)生的不同機(jī)理和靜電放電的不同機(jī)理,采取相應(yīng)防護(hù)措施是非常必要的。
航天器熱控組件和天線涂層使用大量介質(zhì)材料,使得整星抗帶電設(shè)計(jì)變得十分困難。抗帶電設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是盡量使充電最小化,采取一系列防護(hù)措施,并經(jīng)受實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。航天器靜電防護(hù)涉及兩個(gè)方面,一個(gè)是整星設(shè)計(jì)中的靜電防護(hù),一個(gè)是星載設(shè)備設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題。
總結(jié)工程經(jīng)驗(yàn),整星設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意以下問題,以防止其表面靜電充電和電弧放電發(fā)生
1)不應(yīng)有孤立的金屬表面結(jié)構(gòu),星體結(jié)構(gòu)的各部分間以及星體與火箭間應(yīng)提供良好的電搭接,搭接電阻值應(yīng)小于10mΩ,以保證大量電荷能通過搭接線分布于殼體上,這樣可以防止衛(wèi)星外表面間產(chǎn)生火花放電,從而確保衛(wèi)星內(nèi)部電路不至于受到靜電放電危害。
2)一切金屬表面都應(yīng)采取搭接保護(hù)措施,并良好接地,不能直接接地的金屬部分可采取直流電阻接地。
3)外形結(jié)構(gòu)應(yīng)避免尖端結(jié)構(gòu)。
4)避免電容性結(jié)構(gòu),遇到此情況,應(yīng)將兩個(gè)最外導(dǎo)電層用西導(dǎo)線連接并接地。
5)避免小開口或縫隙,容積大的容腔結(jié)構(gòu),它易引起腔內(nèi)不等量帶電,甚至空腔內(nèi)電弧放電,遇到此類結(jié)構(gòu)時(shí),應(yīng)使用金屬板、網(wǎng)或鍍金屬的包裹層遮擋或封閉開口縫隙。
6)為防止靜電充電,對暴露在外空間環(huán)境的設(shè)備、元部件和材料均應(yīng)避免使用大于每平方100MΩ的絕緣材料,以防止等離子體充電。
7)無電功能的機(jī)械裝置或零部件與星體結(jié)構(gòu)間的搭接電阻值應(yīng)不大于1kΩ。
8)覆蓋在碳纖維表板上和結(jié)構(gòu)開口處的多層隔熱材料可在內(nèi)部附加一層鋁箔,并搭接在參考點(diǎn)上,以提供對靜電放電干擾的附加衰減。
靜電放電對星載設(shè)備中的微功率、低電平、高集成度、高電磁敏感度的電路和元器件的危害最為嚴(yán)重,最終通過元器件的軟硬損傷表現(xiàn)出來。一般說來造成危害的能量耦合方式有傳導(dǎo)耦合和輻射耦合兩種模式。傳導(dǎo)耦合通過公共電源、公共地回路以及信號線之間的近場感應(yīng)三種耦合通道,從本質(zhì)上講,傳導(dǎo)耦合是一種互阻抗耦合或互導(dǎo)納耦合。輻射耦合實(shí)際上是傳播的電磁波入射到殼體的孔洞上,空洞輻射源被激勵(lì),并在殼體內(nèi)產(chǎn)生電磁場,進(jìn)入內(nèi)部的電磁能量進(jìn)而引入到電磁敏感元器件上,使其受到損傷。一般防護(hù)措施涉及抑制靜電產(chǎn)生、通過靜電接地加快靜電泄露、對靜電非導(dǎo)體進(jìn)行抗靜電處理等等。
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