隨著航空航天事業(yè)的發(fā)展以及B5G/6G技術(shù)的布局,航天器的輻射防護和衛(wèi)星的穩(wěn)定運行已經(jīng)成為國家戰(zhàn)略需求和世界空間科學(xué)技術(shù)的重大問題�？臻g介質(zhì)內(nèi)部充電效應(yīng)引起的衛(wèi)星故障事件已成為航天器防護領(lǐng)域的重要問題,直接影響衛(wèi)星的穩(wěn)定性和壽命。近年來,蒙特卡洛粒子輸運方法被運用于空間輻射環(huán)境效應(yīng)的評估中,相比早期使用的經(jīng)驗?zāi)Ｐ湍芨玫孛枋隽Ｗ虞斶\過程中的復(fù)雜物理機制,目前已經(jīng)成為一種有效的內(nèi)部充電效應(yīng)仿真手段。本文使用蒙特卡洛軟件Geant4模擬粒子輻照過程,并結(jié)合輻致電導(dǎo)率（RIC）理論模型對空間介質(zhì)內(nèi)部充電問題進行研究。本文討論了簡單幾何模型接地方式、常用空間材料和溫度效應(yīng)對空間介質(zhì)內(nèi)部的宏觀電場變化和微觀電荷遷移過程的影響,同時模擬了空間電子環(huán)境輻照情況下介質(zhì)電場變化。研究結(jié)果如下:（1）Geant4-RIC方法研究內(nèi)部充電過程是可行的,經(jīng)驗證在分布趨勢和數(shù)量級方面都可以給出較好的預(yù)測效果;（2）在單能電子輻照芯部接地圓柱模型的研究中,輻照區(qū)域容易因輻致電導(dǎo)率影響而出現(xiàn)電場先減小后增大的“突起型”分布;（3）在單能電子輻照不同材料（ETFE、PTFE、FR-4、PI和PE）背面接地平板模型的研... 

【文章來源】：蘭州大學(xué)甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

航天器空間環(huán)境效應(yīng)故障比例

蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文空間介質(zhì)材料內(nèi)部充電特性數(shù)值模擬7第二章空間介質(zhì)深層充電的計算方法本章主要討論了高能輻照電子在介質(zhì)內(nèi)部沉積所導(dǎo)致的內(nèi)部充電效應(yīng)的物理機制和計算方法。內(nèi)部充電（InternalCharging）效應(yīng)，是指能量為MeV量級或更高的電子和離子穿過外部屏蔽材料，并在航天器內(nèi)部部件的電介質(zhì)材料中沉積電荷，建立電場的過程。由于粒子往往穿過介質(zhì)材料并在深層沉積，又被稱為介質(zhì)深層充電（DeepDielectricCharging）效應(yīng)，也有其他的文獻將其稱為體充電或是浸入充電。究其主要產(chǎn)生原因，是電荷在電介質(zhì)中的遷移率較小，很難進行有效泄放。隨著空間輻照時間增長，內(nèi)部場強和電荷密度會逐漸增加，當(dāng)內(nèi)部場強超過材料擊穿閾值時，就會發(fā)生材料的iESD現(xiàn)象（如圖2-1[31]），產(chǎn)生電磁脈沖和電弧放電，造成航天器內(nèi)部組件信號干擾和材料的微觀損傷；暴露在空間環(huán)境中的時間越長，iESD風(fēng)險越大。換言之，內(nèi)部充電過程的基本物理過程也就是高能帶電粒子在電介質(zhì)材料中不斷沉積與內(nèi)部產(chǎn)生的泄放電流二者之間的動態(tài)變化過程。目前有很多計算方法模擬介質(zhì)深層充電效應(yīng)，按照其物理機制本章將分為電子在介質(zhì)中的輸運、沉積和介質(zhì)內(nèi)部電場建立兩個過程對相關(guān)計算方法進行介紹，同時簡單介紹下目前使用范圍較廣的內(nèi)部充電效應(yīng)軟件。圖2-1有機玻璃中的放電現(xiàn)象[31]

蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文空間介質(zhì)材料內(nèi)部充電特性數(shù)值模擬9圖2-2電子輸運沉積分布的經(jīng)驗公式計算（實線）與蒙特卡洛模擬（圓點）結(jié)果比較[35]在內(nèi)部充電效應(yīng)研究早期，研究人員由于計算機能力限制而往往采用經(jīng)驗公式進行計算，與蒙特卡洛方法相比，其優(yōu)點是形式簡單、使用方便、效率高，避免了蒙特卡洛方法中的冗余計算和概率性誤差。2.1.2蒙特卡洛方法蒙特卡洛（MonteCarlo，MC）方法，也叫蒙特卡羅方法，以世界賭城之名（CasinodeMonteCarlo）為名，是一種廣泛應(yīng)用于數(shù)學(xué)、物理、經(jīng)濟、工程、醫(yī)學(xué)等多種領(lǐng)域的計算方法。它主要依靠隨機重復(fù)抽樣和統(tǒng)計學(xué)來計算物理或數(shù)學(xué)模型的近似數(shù)值，其思想核心是統(tǒng)計大量隨機性事件來確定原則上的可能性問題，因此也叫統(tǒng)計模擬方法。由于計算機硬件設(shè)備和軟件技術(shù)的更新?lián)Q代大幅度縮減了計算時間，蒙特卡洛方法得到重視，在粒子輸運問題的領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用[36]。電子的輸運模擬可以通過MC方法抽樣計算高能電子與材料相互作用過程，統(tǒng)計材料內(nèi)部的電荷輸運及沉積過程的相關(guān)物理量。MC方法按照以下三個部分解決問題，如圖2-3：（1）根據(jù)需要解決的物理問題確定數(shù)學(xué)方法和發(fā)生概率（能譜抽樣、物理過程抽樣和相互作用原子抽樣等）；（2）根據(jù)各種情況的概率進行相應(yīng)的抽樣模擬，得到取樣結(jié)果；（3）對取樣結(jié)果進行統(tǒng)計分析或判斷，使數(shù)學(xué)解和物理模型要求相匹配。

【參考文獻】：
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碩士論文
[1]航天器介質(zhì)材料深層充放電效應(yīng)模擬分析研究[D]. 強鵬.南京航空航天大學(xué) 2015
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本文編號：3528195