CN102548172B - 星用太阳电池阵的静电放电防护处理方法 - Google Patents

星用太阳电池阵的静电放电防护处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种星用太阳电池阵的静电放电防护处理方法，其中，将直流恒流电源供电的星用太阳电池阵设置在真空容器中，在等离子体处理环境下进行表面辉光处理。通过地面实际验证，本发明方法处理后的太阳电池阵的输出特性没有变化和损失，同时其在等离子体中的静电放电阈值大幅提高，可达处理前的4倍以上，同时放电频率也大幅降低。在妥善保存的情况下，处理后较长一段时间太阳电池阵仍可维持高静电放电阈值和较低的放电频率。

Description

星用太阳电池阵的静电放电防护处理方法
技术领域
本发明属于航天器空间环境效应及防护领域，具体涉及一种用于星用太阳电池阵的静电放电防护的处理方法。
背景技术
卫星太阳电池阵在等离子体中会发生静电放电效应，并可能会引起二次电弧，进而使工作的太阳电池阵短路失效，对于其发生的静电放电效应的防护，目前主要采取以下几种方式：
1、在电池片的玻璃盖片表面增加一层导电膜，减缓不等量充电效应的产生；
2、对卫星结构进行电位控制，增加电子或等离子体发射装置来提升结构电位，减少不等量充电电压；
3、在电池串间填胶，使其不能形成导电通路。
然而对于上述几种方式，都有相应的缺点，对于方法1，玻璃盖片表面镀导电膜需要很复杂的工艺，同时所有电池片表面导电膜都要连接起来，一方面增大太阳电池阵的加工难度，另一方面也容易因为人工或其他因素导致表面导电膜与下层的电池片发生短路等情况，同时还降低了电池片表面的透射率；对于方法2，一方面结构电位控制仪器很复杂，对于卫星整体可靠性会产生影响，而且相对的投入很大，对卫星需要较高功率、重量。对于方法3，填胶会增加太阳电池阵重量，同时一旦由于人工原因引起填胶中有气孔、气泡，则反而更容易放电，并产生比防护前更严重的损伤。
因此，为了确保降低太阳电池阵在轨静电放电风险，必须提出更为简单、有效的防护方法，满足卫星太阳电池阵对静电放电防护的空间需求，解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种星用太阳电池阵的静电放电防护处理方法，利用在等离子体中电流收集增强效应，通过电场加速等离子体中电子及电子撞击到表面形成的二次电子，对被处理表面进行轰击，从而提高表面在等离子体环境中的防静电放电性能。
本发明目的是通过如下技术方案实现的：
一种星用太阳电池阵的静电放电防护处理方法，其中，将星用太阳电池阵设置在真空容器中，真空容器中为等离子体处理环境，等离子密度范围在1010～1013m-3，等离子体的电子温度在10eV以下，星用太阳电池阵连接的外部电路为直流恒流电源，其负端接地，直流恒流电源的正端通过真空容器壁上的穿真空连接件与受处理太阳电池阵的两极连接在一起并为太阳电池阵供电，处理过程中，先将恒流电源的电流输出限额进行调节至其辉光放电能量在星用太阳电池阵的电池片所允许的损伤阈值能量以下，在真空容器中产生等离子体，并使等离子体扩散至被处理的太阳电池阵周围，然后逐步增加恒流电源的电压，直至发生电流收集突变效应，在太阳电池阵表面产生辉光，并使辉光扩散至整个太阳电池阵，维持一段时间后停止恒流源，持续时间按处理时间内放电累积能量不损伤电池片的最低限值来选取，放电能量对电池片的损伤阈值应在对电池阵处理前通过抽样电池片试验的方式得出。在处理完成后停止等离子体和真空，取出电池阵。
优选地，等离子体使用的工质为氩或氪。
真空容器内工作时的真空度不能低于0.1Pa，优选地，不低于0.01Pa。
本方法旨在为卫星太阳电池阵的静电放电防护提出新的处理方法，相比已有的防护方法具有工艺简单，不额外增加卫星需要等优点。与现有技术相比，本发明的方法一方面不在太阳电池上增加其他设计，减小了工艺复杂度，另一方面不需要增加其他控制电位的载荷，减小了卫星重量、功率上的需求。通过地面实际验证，处理后电池阵的输出特性没有变化和损失，同时其在等离子体中的静电放电阈值大幅提高，可达处理前的4倍以上，同时放电频率也大幅降低。在妥善保存的情况下，处理后较长一段时间太阳电池阵仍可维持高静电放电阈值和较低的放电频率。
附图说明
图1为实施本发明的星用太阳电池阵的静电放电防护处理方法的装置示意图。
其中，1、受处理太阳电池阵；2、真空容器；3、真空系统；4、等离子体源；5、直流恒流电源；6、穿真空连接件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的星用太阳电池阵的静电放电防护处理方法作进一步的说明。
图1示出了实施本发明的的星用太阳电池阵的静电放电防护处理方法的装置示意图。其中，本发明所采用的处理装置包括真空容器2和等离子体源，将通过地面测试等离子体中静电放电阈值在-70V的受处理太阳电池阵放置于真空容器内，直流恒流电源5通过真空容器壁上的穿真空连接件6与受处理太阳电池阵1的两极连接在一起并为该太阳电池阵供电，首先通过真空容器2外部的真空系统3在真空容器内产生所需要的真空，该真空度不低于0.01Pa，然后开启设置在真空容器上的等离子体源4，在受处理太阳电池阵周围产生密度范围在1010-1013m-3内，电子温度在10eV以下的氩等离子体。本发明的星用太阳电池阵的静电放电防护处理过程中，首先通过试验确定受处理太阳电池阵1受到静电放电的损伤阈值小于25mJ，因此根据实际发生辉光时的情况，设置直流恒流电源的恒流保护电流为0.2A，通过调节直流恒流电源的输出电压至400V时，在受处理太阳电池阵表面出现辉光，直流恒流电源切换至恒流模式工作，当辉光扩散至全部太阳电池阵表面时，维持1分钟并停止。关闭等离子体源和真空系统，打开真空容器取出受处理太阳电池阵，处理过程完成。之后测试等离子体中静电放电阈值，提升至-300V以上，通过对受处理太阳电池阵性能进行检测，其工作参数与处理前基本一致。说明此处理过程对等离子体中静电放电阈值的提升非常明显。
尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种星用太阳电池阵的静电放电防护处理方法，其中，将星用太阳电池阵设置在真空容器中，真空容器中为等离子体处理环境，等离子密度范围在1010～1013m-3，等离子体的电子温度在10eV以下，星用太阳电池阵连接的外部电路为直流恒流电源，其负端接地，直流恒流电源的正端通过真空容器壁上的穿真空连接件与受处理太阳电池阵的两极连接在一起并为太阳电池阵供电，处理过程中，先将恒流电源的电流输出限额进行调节至其辉光放电能量在星用太阳电池阵的电池片所允许的损伤阈值能量以下，在真空容器中产生等离子体，并使等离子体扩散至被处理的太阳电池阵周围，然后逐步增加恒流电源的电压，直至发生电流收集突变效应，在太阳电池阵表面产生辉光，并使辉光扩散至整个太阳电池阵，维持一段时间后停止恒流源，持续时间按处理时间内放电累积能量不损伤电池片的最低限值来选取，放电能量对电池片的损伤阈值在对电池阵处理前通过抽样电池片试验的方式得出，在处理完成后停止等离子体和真空，取出电池阵。
2.如权利要求1所述的星用太阳电池阵的静电放电防护处理方法，其中，所述等离子体的工质为氩或氪。
3.如权利要求1或2所述的星用太阳电池阵的静电放电防护处理方法，其中，所述真空容器内的真空度要小于0.1Pa。
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