空间复杂环境下电子辐照电介质充电动态过程和微观机理研究

Electronic irradiating dielectric charging characteristics are the basis for studying and reducing the abnormal events of spacecraft electrostatic discharge. At present, there is still a lack of understanding about the charging process and microscopic mechanism of electron irradiation dielectric in space environment. This project considers the characteristics of space complex environments and the characteristics of dielectric materials, and studies and establishes a three-dimensional physical model including electron scattering, secondary electron emission, charge transport, self-consistent electric field, and geomagnetic field. Monte Carlo method is used to simulate electron scattering and two. In the secondary electron emission process, the space charge distribution showing local plasma characteristics is obtained, and the dynamic processes such as migration, diffusion, capture, recombination, and relaxation of local plasma and dielectric interactions are analyzed by fluid simulation. Reveal the charging balance mechanism of the spatial distribution of double Maxwell electrons and the evolution of space charge under the geomagnetic field. The experiment of charge and leakage current of electron irradiation dielectric samples was carried out and applied to the current collection of spacecraft in the earth's magnetosphere. Clarify the dynamic characteristics of secondary electron emission, space charge, and space potential in the spatial magnetosphere, ionosphere, and geosynchronous orbit environment. This project has important scientific significance and application value for comprehensively revealing the dynamic process and microscopic mechanism of electronic irradiating dielectric charging under complex space environment and improving the research level of China's spacecraft failure mechanism.

电子辐照电介质充电特性是研究和减少航天器静电放电异常事件的基础。目前空间环境下电子辐照电介质充电过程和微观机理仍缺乏了解。本项目考虑空间复杂环境的特点和电介质材料特性，研究、建立包括电子散射、二次电子发射、电荷输运、自洽电场、地磁场的三维物理模型，采用蒙特卡罗方法模拟电子散射和二次电子发射过程，得到呈现局部等离子体特征的空间电荷分布，通过流体模拟分析局部等离子体与电介质相互作用的迁移、扩散、捕获、复合、弛豫等动态过程。揭示空间双麦克斯韦电子分布的充电平衡机理和地磁场下的空间电荷演变规律。开展电子辐照电介质样品充电和泄漏电流实验，并应用于航天器在地球磁层中的电流收集。阐明空间磁层、电离层和地球同步轨道环境下的二次电子发射、空间电荷、空间电位的动态特性。本项目对于全面揭示空间复杂环境下电子辐照电介质充电动态过程和微观机理、提高我国航天器故障机理的研究水平，具有重要的科学意义和应用价值。

电子辐照电介质充电特性是研究和减少航天器静电放电异常事件的基础。目前空间环境下电子辐照电介质充电过程和微观机理仍缺乏了解。本项目考虑空间复杂环境的特点和电介质材料特性，研究、建立包括电子散射、二次电子发射、电荷输运、自洽电场、地磁场的三维物理模型，采用蒙特卡罗方法模拟电子散射和二次电子发射过程，得到呈现局部等离子体特征的空间电荷分布，通过流体模拟分析局部等离子体与电介质相互作用的迁移、扩散、捕获、复合、弛豫等动态过程。揭示空间双麦克斯韦电子分布的充电平衡机理和地磁场下的空间电荷演变规律。开展电子辐照电介质样品充电和泄漏电流实验，并应用于航天器在地球磁层中的电流收集。阐明空间磁层、电离层和地球同步轨道环境下的二次电子发射、空间电荷、空间电位的动态特性。本项目对于全面揭示空间复杂环境下电子辐照电介质充电动态过程和微观机理、提高我国航天器故障机理的研究水平，具有重要的科学意义和应用价值。. 应用于三个领域的研究，分别是集成电路带电衬度（光电快速成像），太阳能充放电和太阳能储能材料，航天器充放电研究。同时形成3个产学研领域研究的拓展。. 第一套研究领域：产业链领域，集成电路带电衬度，对光学成像的关键技术的突破或颠覆性工作提出具体工作要求。其中里面的（绝缘材料，半导体材料，电介质材料，金属材料）的动力学过程研究，材料动力学特性的研究可以应用于超快成像微观机理解释等。在老一辈科学家提出了由动态泊松方程所决定的动态场中电子运动方程的数值求解方法和用时间传递函数评价变像管时间分辨率的数值求解方法基础上进一步拓展研究。将超高压电镜和光学成像的动态光电子理论结合，揭示了离散空间电荷效应和动态充电光学效应。. 第二套研究领域：完全是基于航天工程的应用，结合航天部载荷研究，重要解决微纳小卫星的推力和能源动力等问题。此套研究形成代码和美国航空航天系统NASA实验室的测试航天系统静电放电系统类似。可以应用于空间航天中霍尔电推进研究。