CN113533914A - 真空环境中静电脉冲诱发静电放电实验系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空环境中静电脉冲诱发静电放电实验系统及方法，涉及静电测试技术领域。所述系统包括真空环境装置、电磁场辐照模拟装置、放电模拟装置以及放电检测装置，待测试太阳能电池阵列位于所述真空环境装置内，所述真空环境装置用于提供测试用真空环境；所述电磁场辐照模拟装置位于真空环境装置外侧，用于向待测试太阳能电池阵列辐射电磁场；放电模拟装置位于所述真空环境装置内，待测试太阳能电池阵列用于在所述放电模拟装置的诱发下进行静电放电；放电检测装置位于所述真空环境装置外侧，用于测量静电放电电流。通过所述系统可以研究电磁场强度、电子束能量、电子束流密度、电池片间距等因素对电磁场诱发太阳电池阵静电放电的影响。

Description

真空环境中静电脉冲诱发静电放电实验系统及方法

技术领域

本发明涉及静电测试技术领域，尤其涉及一种真空环境中静电脉冲诱发静电放电实验系统及方法。

背景技术

随着电磁武器向大功率、小型化的方向发展，电磁攻击成为关系太空安全的重要威胁之一。当前，航天器的在轨运行面临众多电磁环境影响，主要有静电放电、核电磁脉冲、高功率微波及其它环境诱导的综合电磁场构成，这些强电磁环境通过传导和辐射方式耦合至航天器敏感部件，对航天器构成重大威胁，轻则使航天器受到严重干扰难以正常工作，重则使航天器某些易损部件损伤，导致航天器彻底损坏，失去生存能力。

静电放电是指航天器在轨运行期间，受空间等离子体、高能电子和太阳辐射等环境的影响会在航天器表面或内部造成静电荷的积累，当电位达到一定程度时就会发生静电放电。放电可造成材料表面性能下降甚至材料击穿，也可使太阳能电池阵、电子器件和光学敏感器性能下降或出现损伤；放电产生的强电磁脉冲会严重干扰航天器内部仪器系统，使其产生异常、故障、失灵甚至导致航天器报废。

电磁场诱发静电放电是指航天器表面材料、电缆以及某些特殊结构部件等低充电电位区域在外界强电磁场作用下被诱导发生的静电放电过程。一般情况下，航天器表面低充电电位敏感区域的电场较弱，电子能量低于分子、原子电离能，碰撞电离概率较低，当受到强电磁场作用时，激发低气压气体产生稠密等离子体，从而降低放电阈值并诱发产生静电电荷泄放。现有技术中缺少对电磁场诱发静电放电的研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种能够实现对电磁场诱发太阳电池阵列进行静电放电实验的系统。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种真空环境中静电脉冲诱发静电放电实验系统，其特征在于包括：真空环境装置、电磁场辐照模拟装置、放电模拟装置以及放电检测装置，待测试太阳能电池阵列位于所述真空环境装置内，所述真空环境装置用于提供测试用真空环境；所述电磁场辐照模拟装置位于真空环境装置外侧，用于向待测试太阳能电池阵列辐射电磁场；放电模拟装置位于所述真空环境装置内，待测试太阳能电池阵列用于在所述放电模拟装置的诱发下进行静电放电；放电检测装置位于所述真空环境装置外侧，用于测量静电放电电流。

进一步的技术方案在于：所述真空环境装置包括真空罐、分子泵、机械泵、真空度测量装置和真空水冷装置，所述分子泵和机械泵用于抽取真空罐内的空气，调整所述真空罐的真空度，所述真空度测量装置位于所述真空罐内，用于测量所述真空罐内的真空度，所述真空水冷装置用于为所述分子泵和机械泵进行降温处理。

进一步的技术方案在于：所述真空环境装置还包括位于真空罐内的两个绝缘支撑架，两个所述绝缘支撑架保持有一定间隔，所述待测试太阳能电池阵列位于所述绝缘支撑架上。

进一步的技术方案在于：所述电磁场辐照模拟装置包括垂直耦合板、静电放电模拟器以及高压放电枪，所述静电放电模拟器电源输出端与高压放电枪的电源输入端连接，所述高压放电枪的放电端与所述垂直耦合板正对设置，所述垂直耦合板接地，静电放电模拟器控制所述高压放电枪输出静电放电电磁脉冲，输出的静电放电电磁脉冲作用到垂直耦合板，垂直耦合板产生电磁场，电磁场作用到真空环境装置内的待测试太阳能电池阵列上。

进一步的技术方案在于：所述放电模拟装置包括铝蜂窝基底，所述蜂窝基底的上侧面设置有Kapton薄膜，所述待测试太阳能电池阵列位于所述Kapton薄膜上，通过所述Kapton薄膜将所述待测试太阳能电池阵列以及铝蜂窝基底分隔，电子枪位于所述真空环境装置内，与待测试太阳能电池阵列相对设置，用于向待测试太阳能电池阵列的玻璃盖板上发射电子。

进一步的技术方案在于：所述电子枪以及等离子体源位于两个绝缘支撑架之间的真空罐的底部，所述待测试太阳能电池阵列位于两个绝缘支撑架的顶部之间的空间内，且所述待测试太阳能电池阵列的玻璃盖板与所述电子枪相对设置。

进一步的技术方案在于：所述放电模块装置还包括等离子源，所述等离子源位于所述真空环境装置内，用于向所述真空环境装置内发射等离体子。

进一步的技术方案在于：所述放电检测装置包括第一电流检测模块，所述第一电流检测模块的信号输入端与所述待测试太阳能电池阵的电源输出端连接，直流电源与所述待测试太阳能电池阵的电源输入端连接，通过所述直流电源为所述待测试太阳能电池阵提供12V直流电压，所述第一电流检测模块的信号输出端经第一衰减器与示波器的一个信号输入端连接；第二电流检测模块的信号输入端与放电模拟装置中的铝蜂窝基底连接，所述第二电流检测模块的信号输出端经第二衰减器与所述示波器的第二个信号输入端连接；场强计位于所述真空环境装置的真空罐内，用于测量电磁场辐照模拟装置辐射的电磁场强度，所述场强计的信号输出端经光电转换器与所述示波器的第三个信号输入端连接。

本发明实施例还包括一种真空环境中静电脉冲诱发静电放电实验方法，所述方法使用所述的静电放电实验系统，其特征在于包括如下步骤：

1）组装所述实验系统，并将待测试太阳能电池阵列放置到所述实验系统中，将真空罐内铝蜂窝基底通过探针以及航空插头与第二电流测量模块连接；同时将待测试太阳能电池阵列与直流电源连接，使其两端接通12V直流电压，以模拟其工作状态电压，并通过航空插头将所述待测试太阳能电池阵的电源输出端与第一电流测量模块连接；

2）检查真空环境装置中真空水冷装置是否工作正常，真空泵以及分子泵是否能够正常工作，之后将真空罐抽至预定真空状态；

3）打开第一电流检测模块以及第二电流检测模块并校零；打开电子枪高压源，给电子枪进行供电，不断调节高压源灯丝电压及电子枪高压，观察第二电流检测模块读数，并记录；

4）通过调整电子枪高压源电压，将电子束能流密度设置为一固定值，对太阳电池阵表面进行充电，利用示波器观察待测试太阳能电池阵列的汇流条与铝蜂窝基底之间的放电情况，并记录放电频次和电流波形；

5）利用电磁场辐照模拟装置产生ESD EMP对待测试太阳能电池阵列进行照射，每秒照射一次，持续60s，重复4）步骤，观察并记录在辐射场作用下电池阵放电情况；

6）重复步骤4）、5）5次，取平均值；

7）改变电子枪的电子束能量，重复步骤6），观察记录待测试太阳能电池阵列的汇流条与铝蜂窝基底之间的诱发放电情况；

8）改变静电放电模拟器产生的ESD EMP场强，重复步骤6），观察记录待测试太阳能电池阵列的汇流条与铝蜂窝基底之间的诱发放电情况；

9）更换不同间隙的待测试太阳能电池阵列，重新进行实验

10）分析数据，总结实验规律。

进一步的技术方案在于，所述实验规律包括：

1）使用高能电子束对太阳电池阵列进行照射，电子束能量越高，束流密度越大，太阳电池阵列静电放电的次数越多；

2）使用ESD EMP对表面带电的太阳电池阵列进行辐射，辐射场强越强，越容易诱发太阳电池阵静电放电；

3）太阳电池阵列并联的间隙越大，受到ESD EMP辐射时，越容易诱发静电放电；

4）在使用高能电子束对太阳电池阵列进行照射过程中，随着ESD EMP场强的增强，放电电流逐渐减小；

5）使用高能电子束对太阳电池阵列进行照射时，95%以上的静电放电是出现在Kapton薄膜与铝蜂窝基底之间，极少数是在汇流条上出现放电电流；且Kapton薄膜与铝蜂窝基底间放电主脉冲均为负脉冲；而电池对铝蜂窝基底产生的放电电流，主脉冲为正。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述实验系统中电子枪产生的电子束照射到太阳电池阵列对其表面进行充电，电磁场辐照模拟装置能够在真空环境装置内形成电磁场，诱发太阳电池阵列表面介质材料和Al蜂窝基底、汇流条之间发生静电放电现象，场强计能够测试放电模拟装置所在位置的电场强度，电流检测单元可以采集Al蜂窝基底、汇流条和地之间的电流，示波器将采集的电磁强度和电流进行显示；实验过程中通过调节电磁场辐照模拟装置可以改变电磁场的强度，通过调节电子枪高压电源电压和电流可以改变太阳电池阵列表面充电速率和充电电位，通过真空环境装置可以获得高真空环境，通过更换太阳电池阵列可以改变太阳电池阵电池片之间的并联间隙，通过以上调节可以研究电磁场强度、电子束能量、电子束流密度、电池片间距等因素对电磁场诱发太阳电池阵静电放电的影响。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例所述实验系统的原理框图；

图2是本发明实施例所述实验系统的部分原理框图；

图3是本发明实施例所述实验系统中放电模拟装置的部分结构示意图；

图4a-4c是本发明实施例中电子束照射太阳能电池阵列的放电波形图；

图5是本发明实施例中电池阵列放电频次随电子能量变化趋势图；

图6是本发明实施例中电池阵列放电频次随电子束流密度变化趋势图；

图7a-7b是本发明实施例中电池阵列放电频次随辐射场强变化趋势图；

图8是本发明实施例中不同间隙下，电池阵列放电频次随辐射场强变化情况图；

图9是本发明实施例中不同场强下电子束照射太阳电池阵放电波形图；

图10是本发明实施例中不同场强下电子束照射太阳电池阵放电峰值变化趋势图；

其中：1、待测试太阳能电池阵列；2、真空罐；3、绝缘支撑架；4、垂直耦合板；5、静电放电模拟器；6、高压放电枪；7、铝蜂窝基底；8、Kapton薄膜；9、电子枪；10、玻璃盖板；11、等离子源；12、第一电流检测模块；13、第一衰减器；14、示波器；15、第二电流检测模块；16、第二衰减器；17、场强计；18、光电转换器；19、汇流条；20、互联片，21、电池片。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本发明实施例公开了一种真空环境中静电脉冲诱发静电放电实验系统，所述系统包括真空环境装置、电磁场辐照模拟装置、放电模拟装置以及放电检测装置。待测试太阳能电池阵列1位于所述真空环境装置内，所述真空环境装置用于提供测试用真空环境；所述电磁场辐照模拟装置位于真空环境装置外侧，用于向待测试太阳能电池阵列1辐射电磁场；放电模拟装置位于所述真空环境装置内，待测试太阳能电池阵列1用于在所述放电模拟装置的诱发下进行静电放电；放电检测装置位于所述真空环境装置外侧，用于测量静电放电电流。

如图1和图2所示，所述真空环境装置包括真空罐2、分子泵、机械泵、真空度测量装置和真空水冷装置，所述分子泵和机械泵用于抽取真空罐2内的空气，调整所述真空罐的真空度，所述真空度测量装置位于所述真空罐2内，用于测量所述真空罐2内的真空度，所述真空水冷装置用于为所述分子泵和机械泵进行降温处理；所述真空罐2内还设置有两个绝缘支撑架3，两个所述绝缘支撑架3保持有一定间隔，所述待测试太阳能电池阵列1位于所述绝缘支撑架3上。

进一步的，如图1-图2所示，所述电磁场辐照模拟装置包括垂直耦合板4、静电放电模拟器5以及高压放电枪6。所述静电放电模拟器5的电源输出端与高压放电枪6的电源输入端连接，所述高压放电枪6的放电端与所述垂直耦合板4正对设置，所述垂直耦合板4接地，静电放电模拟器5控制所述高压放电枪6输出静电放电电磁脉冲，输出的静电放电电磁脉冲作用到垂直耦合板4，垂直耦合板4产生电磁场，电磁场作用到真空环境装置内的待测试太阳能电池阵列1上。

进一步的，如图1和图3所示，所述放电模拟装置包括铝蜂窝基底7，所述蜂窝基底的上侧面设置有Kapton薄膜8，所述待测试太阳能电池阵列1位于所述Kapton薄膜8上，通过所述Kapton薄膜8将所述待测试太阳能电池阵列1以及铝蜂窝基底7分隔，电子枪9位于所述真空环境装置内，与待测试太阳能电池阵列1相对设置，用于向待测试太阳能电池阵列1的玻璃盖板10上发射电子；等离子源11位于所述真空环境装置内，用于向所述真空环境装置内发射等离体子。

进一步的，如图1所示，电子枪9以及等离子体源11位于两个绝缘支撑架4之间的真空罐的底部，所述待测试太阳能电池阵列1位于两个绝缘支撑架4的顶部之间的空间内，且所述待测试太阳能电池阵列1的玻璃盖板10与所述电子枪9相对设置。

进一步的，如图1和图2所示，所述放电检测装置包括第一电流检测模块12，所述第一电流检测模块11的信号输入端与所述待测试太阳能电池阵1的电源输出端连接，直流电源与所述待测试太阳能电池阵的电源输入端连接，通过所述直流电源为所述待测试太阳能电池阵列1提供12V直流电压，所述第一电流检测模块12的信号输出端经第一衰减器13与示波器14的一个信号输入端连接；第二电流检测模块15的信号输入端与放电模拟装置中的铝蜂窝基底7连接，所述第二电流检测模块15的信号输出端经第二衰减器16与所述示波器14的第二个信号输入端连接；场强计17位于所述真空环境装置的真空罐2内，用于测量电磁场辐照模拟装置辐射的电磁场强度，所述场强计17的信号输出端经光电转换器18与所述示波器14的第三个信号输入端连接。第一电流检测模块11和第二电流检测模块15可以使用电流检测探头。

本发明实施例还公开了一种真空环境中静电脉冲诱发静电放电实验方法，所述方法使用所述的静电放电实验系统，所述方法包括如下步骤：

1）组装所述实验系统，并将待测试太阳能电池阵列1放置到所述实验系统中，将真空罐2内铝蜂窝基底7通过探针以及航空插头与第二电流测量模块15连接；同时将待测试太阳能电池阵列1与直流电源连接，使其两端接通12V直流电压，以模拟其工作状态电压，并通过航空插头将所述待测试太阳能电池阵的电源输出端与第一电流测量模块11连接；

2）检查真空环境装置中真空水冷装置是否工作正常，真空泵以及分子泵是否能够正常工作，之后将真空罐2抽至预定真空状态；

3）打开第一电流检测模块11以及第二电流检测模块15并校零；打开电子枪高压源，给电子枪9进行供电，不断调节高压源灯丝电压及电子枪高压，观察第二电流检测模块15读数，并记录；

4）通过调整电子枪高压源电压，将电子束能流密度设置为一固定值，对太阳电池阵列表面进行充电，利用示波器14观察待测试太阳能电池阵列的汇流条19与铝蜂窝基底7之间的放电情况，并记录放电频次和电流波形；

5）利用电磁场辐照模拟装置产生ESD EMP，对待测试太阳能电池阵列进行照射，每秒照射一次，持续60s，重复4）步骤，观察并记录在辐射场作用下电池阵放电情况；

6）重复步骤4）-5）5次，取平均值；

7）改变电子枪的电子束能量，重复步骤6），观察记录待测试太阳能电池阵列的汇流条19与铝蜂窝基底7之间的诱发放电情况；

8）改变静电放电模拟器5产生的ESD EMP场强，重复步骤6），观察记录待测试太阳能电池阵列的汇流条19与铝蜂窝基底7之间的诱发放电情况；

9）更换不同间隙的待测试太阳能电池阵列（1），重新进行实验；

10）分析数据，总结实验规律。

实验结果分析：

在真空度10^-3Pa时，使用电子枪发射电子束对太阳能电池阵列进行充电，测得其典型放电波形，如图4a-4b所示。

高能电子束对太阳电池表面的介质材料（该处的介质材料是指没有被电池片遮挡的介质材料）进行充电过程中，由于介质材料表面不断积累电子，从而使介质材料带上负电；在铝蜂窝基底接地前提下，随着介质材料上的负电荷的积累，表面电位逐渐升高，介质材料到铝蜂窝某地的场强不断增大。当场强超过介质材料（Kapton薄膜）的击穿场强时，产生静电放电，出现如图4a中的放电电流。之所以会出现图4b、4c的放电电流波形，主要是由于电池片上的玻璃盖片材料的二次电子发射系数大于1，当用电子束对其进行照射过程中，很容易使其带上正电荷，并且不断积累，最终出现主脉冲为正的放电电流波形。同时，由于玻璃盖片带正电，Kapton薄膜带负电，在电子片与Kapton薄膜及空气三接合处会产生很强的场强，相对而言更加容易出现静电放电。

电子束能量对放电频率的影响：

真空度为10^-3 Pa，温度24℃，使用束流密度9 nA/cm²的电子束流对电池片并联间隙为1mm的太阳电池阵照片，在不同ESD EMP辐射场强下，电池阵放电频次随辐射场强的变化趋势如图5所示。

从图5中可以看出，在使用高能电子束对太阳电池进行照射过程中，增加电子束能量会增加太阳电池放电频次，且电子束能量越高，电池阵表面积累的正负电荷越多，不同材料之间电位差越大，越容易产生静电放电。

电子束流密度对放电频率的影响：

真空度为10^-3 Pa，温度24℃，使用电子能量为12keV的电子束流对电池片并联间隙为1mm的太阳电池阵照片，在不同ESD EMP辐射场强下，电池阵放电频次随电子束流密度的变化趋势如图6所示。

从图6中可以看出，在使用高能电子束对太阳电池进行照射过程中，增加电子束流密度会增加太阳电池放电频次，且电子束流密度越大，电池阵表面积累的正负电荷速度越快，单位时间内能够积累更多的电荷，使不同材料之间电位差增大，越容易产生静电放电。

辐射场强对放电频率的影响：

真空度为10^-3 Pa，温度24℃，使用电子束流对电池片并联间隙为1mm的太阳电池阵照片，在不同ESD EMP辐射场强下，电池阵放电频次变化趋势如图7a-7b所示。

从图7a-7b中可以看出，在使用高能电子束对太阳电池进行照射过程中，ESD EMP辐射场会增加太阳电池放电频次，即产生诱发静电放电，且ESD EMP辐照场强越大，越容易产生诱发放电。主要是由于ESD EMP辐射场叠加到太阳电池阵原有的场强之上，降低了其击穿场强。

并联电池片间隙对放电频率的影响:

真空度为10^-3 Pa，温度24℃，使用能量为12keV、束流密度9 nA/cm²电子束流对电池片并联间隙为1mm的太阳电池阵照片，在不同ESD EMP辐射场强下，电池阵放电频次变化趋势如图8所示。

从图8中可以看出，在使用高能电子束对太阳电池进行照射过程中，增加太阳电池片间隙会减少静电放电频次，且间隙越大，放电频次越低。

辐射场强对于静电放电脉冲电流的影响：

调节电子枪电子能量为12 keV和束流密度9nA/cm²，将ESD EMP峰值分别调整至0kV/m，1.2kV/m，2.4kV/m，3.6kV/m，6.6kV/m，8.1kV/m，10.2kV/m，11.4kV/m，12.3kV/m。利用CT-1电流探头相连的滤波器，监测太阳电池阵样品放电电流并记录电流波形。由试验得到的不同ESD EMP辐射场强度下太阳电池阵静电放电波形如图9a-9i所示，其中图9a ESD EMP峰值为0kV/m；图9b ESD EMP峰值为1.2kV/m；图9c ESD EMP峰值为2.4kV/m；图9d ESD EMP峰值为3.6kV/m；图9e ESD EMP峰值为6.6kV/m；图9f ESD EMP峰值为8.1kV/m；图9g ESDEMP峰值为10.2kV/m；图9h ESD EMP峰值为11.4kV/m；图9i ESD EMP峰值为12.3kV/m。不同辐射场强下静电放电电流幅值变化趋势如图10所示。

所述实验结论如下：

1）使用高能电子束对太阳电池阵列进行照射，电子束能量越高，束流密度越大，太阳电池阵列静电放电的次数越多；

2）使用ESD EMP对表面带电的太阳电池阵列进行辐射，辐射场强越强，越容易诱发太阳电池阵静电放电；

3）太阳电池阵列并联的间隙越大，受到ESD EMP辐射时，越容易诱发静电放电；

4）在使用高能电子束对太阳电池阵列进行照射过程中，随着ESD EMP场强的增强，放电电流逐渐减小；

5）使用高能电子束对太阳电池阵列进行照射时，95%以上的静电放电是出现在Kapton薄膜与铝蜂窝基底之间，极少数是在汇流条上出现放电电流；且Kapton薄膜与铝蜂窝基底间放电主脉冲均为负脉冲；而电池对铝蜂窝基底产生的放电电流，主脉冲为正。

所述实验系统中电子枪产生的电子束照射到太阳电池阵列对其表面进行充电，电磁场辐照模拟装置能够在真空环境装置内形成电磁场，诱发太阳电池阵列表面介质材料和Al蜂窝基底、汇流条之间发生静电放电现象，场强计能够测试放电模拟装置所在位置的电场强度，电流检测单元可以采集Al蜂窝基底、汇流条和地之间的电流，示波器将采集的电磁强度和电流进行显示；实验过程中通过调节电磁场辐照模拟装置可以改变电磁场的强度，通过调节电子枪高压电源电压和电流可以改变太阳电池阵列表面充电速率和充电电位，通过真空环境装置可以获得高真空环境，通过更换太阳电池阵列可以改变太阳电池阵电池片之间的并联间隙，通过以上调节可以研究电磁场强度、电子束能量、电子束流密度、电池片间距等因素对电磁场诱发太阳电池阵静电放电的影响。

Claims (10)

1.一种真空环境中静电脉冲诱发静电放电实验系统，其特征在于包括：真空环境装置、电磁场辐照模拟装置、放电模拟装置以及放电检测装置，待测试太阳能电池阵列（1）位于所述真空环境装置内，所述真空环境装置用于提供测试用真空环境；所述电磁场辐照模拟装置位于真空环境装置外侧，用于向待测试太阳能电池阵列（1）辐射电磁场；放电模拟装置位于所述真空环境装置内，待测试太阳能电池阵列（1）用于在所述放电模拟装置的诱发下进行静电放电；放电检测装置位于所述真空环境装置外侧，用于测量静电放电电流。

2.如权利要求1所述的真空环境中静电脉冲诱发静电放电实验系统，其特征在于：所述真空环境装置包括真空罐（2）、分子泵、机械泵、真空度测量装置和真空水冷装置，所述分子泵和机械泵用于抽取真空罐（2）内的空气，调整所述真空罐的真空度，所述真空度测量装置位于所述真空罐（2）内，用于测量所述真空罐（2）内的真空度，所述真空水冷装置用于为所述分子泵和机械泵进行降温处理。

3.如权利要求2所述的真空环境中静电脉冲诱发静电放电实验系统，其特征在于：所述真空环境装置还包括位于真空罐（2）内的两个绝缘支撑架（3），两个所述绝缘支撑架（3）保持有一定间隔，所述待测试太阳能电池阵列（1）位于所述绝缘支撑架（3）上。

4.如权利要求1所述的真空环境中静电脉冲诱发静电放电实验系统，其特征在于：所述电磁场辐照模拟装置包括垂直耦合板（4）、静电放电模拟器（5）以及高压放电枪（6），所述静电放电模拟器（5）的电源输出端与高压放电枪（6）的电源输入端连接，所述高压放电枪（6）的放电端与所述垂直耦合板（4）正对设置，所述垂直耦合板（4）接地，静电放电模拟器（5）控制所述高压放电枪（6）输出静电放电电磁脉冲，输出的静电放电电磁脉冲作用到垂直耦合板（4），垂直耦合板（4）产生电磁场，电磁场作用到真空环境装置内的待测试太阳能电池阵列（1）上。

5.如权利要求2所述的真空环境中静电脉冲诱发静电放电实验系统，其特征在于：所述放电模拟装置包括铝蜂窝基底（7），所述蜂窝基底的上侧面设置有Kapton薄膜（8），所述待测试太阳能电池阵列（1）位于所述Kapton薄膜（8）上，通过所述Kapton薄膜（8）将所述待测试太阳能电池阵列（1）以及铝蜂窝基底（7）分隔，电子枪（9）位于所述真空环境装置内，与待测试太阳能电池阵列（1）相对设置，用于向待测试太阳能电池阵列（1）的玻璃盖板（10）上发射电子。

6.如权利要求5所述的真空环境中静电脉冲诱发静电放电实验系统，其特征在于：所述放电模块装置还包括等离子源（11），所述等离子源（11）位于所述真空环境装置内，用于向所述真空环境装置内发射等离体子。

7.如权利要求6所述的真空环境中静电脉冲诱发静电放电实验系统，其特征在于：电子枪（9）以及等离子体源（11）位于两个绝缘支撑架（4）之间的真空罐的底部，所述待测试太阳能电池阵列（1）位于两个绝缘支撑架（4）的顶部之间的空间内，且所述待测试太阳能电池阵列（1）的玻璃盖板（10）与所述电子枪（9）相对设置。

8.如权利要求1所述的真空环境中静电脉冲诱发静电放电实验系统，其特征在于：所述放电检测装置包括第一电流检测模块（12），所述第一电流检测模块（11）的信号输入端与所述待测试太阳能电池阵（1）的电源输出端连接，直流电源与所述待测试太阳能电池阵的电源输入端连接，通过所述直流电源为所述待测试太阳能电池阵列（1）提供12V直流电压，所述第一电流检测模块（12）的信号输出端经第一衰减器（13）与示波器（14）的一个信号输入端连接；第二电流检测模块（15）的信号输入端与放电模拟装置中的铝蜂窝基底（7）连接，所述第二电流检测模块（15）的信号输出端经第二衰减器（16）与所述示波器（14）的第二个信号输入端连接；场强计（17）位于所述真空环境装置的真空罐（2）内，用于测量电磁场辐照模拟装置辐射的电磁场强度，所述场强计（17）的信号输出端经光电转换器（18）与所述示波器（14）的第三个信号输入端连接。

9.一种真空环境中静电脉冲诱发静电放电实验方法，所述方法使用如权利要求1-8中任意一种所述的静电放电实验系统，其特征在于包括如下步骤：

1）组装所述实验系统，并将待测试太阳能电池阵列（1）放置到所述实验系统中，将真空罐（2）内铝蜂窝基底（7）通过探针以及航空插头与第二电流测量模块（15）连接；同时将待测试太阳能电池阵列（1）与直流电源连接，使其两端接通12V直流电压，以模拟其工作状态电压，并通过航空插头将所述待测试太阳能电池阵的电源输出端与第一电流测量模块（11）连接；

2）检查真空环境装置中真空水冷装置是否工作正常，真空泵以及分子泵是否能够正常工作，之后将真空罐（2）抽至预定真空状态；

3）打开第一电流检测模块（11）以及第二电流检测模块（15）并校零；打开电子枪高压源，给电子枪（9）进行供电，不断调节高压源灯丝电压及电子枪高压，观察第二电流检测模块（15）读数，并记录；

4）通过调整电子枪高压源电压，将电子束能流密度设置为一固定值，对太阳电池阵列表面进行充电，利用示波器（14）观察待测试太阳能电池阵列的汇流条（19）与铝蜂窝基底（7）之间的放电情况，并记录放电频次和电流波形；

5）利用电磁场辐照模拟装置产生ESD EMP，对待测试太阳能电池阵列进行照射，每秒照射一次，持续60s，重复4）步骤，观察并记录在辐射场作用下电池阵放电情况；

6）重复步骤4）-5）5次，取平均值；

7）改变电子枪的电子束能量，重复步骤6），观察记录待测试太阳能电池阵列的汇流条（19）与铝蜂窝基底（7）之间的诱发放电情况；

8）改变静电放电模拟器（5）产生的ESD EMP场强，重复步骤6），观察记录待测试太阳能电池阵列的汇流条（19）与铝蜂窝基底（7）之间的诱发放电情况；

9）更换不同间隙的待测试太阳能电池阵列（1），重新进行实验；

10）分析数据，总结实验规律。

10.如权利要求9所述的真空环境中静电脉冲诱发静电放电实验方法，其特征在于所述实验规律包括：

1）使用高能电子束对太阳电池阵列进行照射，电子束能量越高，束流密度越大，太阳电池阵列静电放电的次数越多；

2）使用ESD EMP对表面带电的太阳电池阵列进行辐射，辐射场强越强，越容易诱发太阳电池阵静电放电；

3）太阳电池阵列并联的间隙越大，受到ESD EMP辐射时，越容易诱发静电放电；

4）在使用高能电子束对太阳电池阵列进行照射过程中，随着ESD EMP场强的增强，放电电流逐渐减小；

5）使用高能电子束对太阳电池阵列进行照射时，95%以上的静电放电是出现在Kapton薄膜与铝蜂窝基底之间，极少数是在汇流条上出现放电电流；且Kapton薄膜与铝蜂窝基底间放电主脉冲均为负脉冲；而电池对铝蜂窝基底产生的放电电流，主脉冲为正。

Images