一种基于等离子体能谱的航天器表面带电电位获取方法

本发明涉及航天科学，具体而言，涉及一种基于等离子体能谱的航天器表面带电电位获取方法。

背景技术：

1、随着航天技术的迅猛发展，航天器的在轨可靠性越来越受到重视。航天器在轨执行任务期间需要遭遇复杂的空间环境，空间环境中各种粒子构成复杂的辐照环境，会对航天器造成损伤，影响航天器的在轨寿命。其中，航天器表面带电效应会导致航天器失效，由于不同轨道的空间环境中粒子数密度、温度、种类有所区别，导致航天器带电程度不同，准确评估航天器表面带电电位具有重要意义。

2、目前，获取航天器表面带电电位的方法需要先假定一个具体的平衡电位数值，将其代入电流平衡方程判定净电流是否为零，一直循环赋值至满足条件，从而确定平衡电位。此方法计算相对繁琐，耗费时间较多，另外，没有考虑空间等离子体环境分析对航天器表面带电电位的影响，影响计算精度。

技术实现思路

1、本发明解决的问题是如何在提高计算精度的同时降低耗费时间。

2、为解决上述问题，本发明提供一种基于等离子体能谱的航天器表面带电电位获取方法。

3、第一方面，本发明提供了一种基于等离子体能谱的航天器表面带电电位获取方法，包括：

4、基于航天器静电仿真软件，根据航天器实际表面结构进行仿真建模得到双层平板模型；

5、基于麦克斯韦速度分布函数，通过等离子体环境数据得到等离子体能谱；

6、通过所述双层平板模型和所述等离子体环境数据进行模型构建，得到航天器与电子等离子体环境相互作用模型；

7、将所述等离子体能谱输入所述航天器与电子等离子体环境相互作用模型得到航天器表面带电电位。

8、可选地，所述通过等离子体环境数据得到等离子体能谱，包括：

9、将所述等离子体环境数据输入麦克斯韦-玻尔兹曼分布函数，得到速度空间中粒子数分布函数；

10、通过所述速度空间中粒子数分布函数得到粒子通量；

11、根据所述粒子通量得到所述等离子体能谱，其中，所述等离子体能谱用于表示能量-通量密度曲线。

12、可选地，所述将所述等离子体环境数据输入麦克斯韦-玻尔兹曼分布函数，得到速度空间中粒子数分布函数，包括：

13、将所述等离子体环境数据输入麦克斯韦-玻尔兹曼分布函数，得到所述速度空间中粒子数分布函数；

14、其中，所述速度空间中粒子数分布函数包括：

15、，

16、其中，f（v）为所述速度空间中粒子数分布函数，v为粒子运动速度，m为粒子质量，n为粒子数密度，为玻尔兹曼常数，为温度。

17、可选地，所述通过所述速度空间中粒子数分布函数得到粒子通量，包括：

18、将所述速度空间中粒子数分布函数输入速度空间中粒子数分布函数公式进行换算，得到所述粒子通量；

19、其中，所述粒子通量包括：

20、，

21、其中，nf为所述粒子通量，为粒子速度下限，为粒子速度上限。

22、可选地，所述等离子体环境数据包括粒子种类和能量分布，所述通过等离子体环境数据得到等离子体能谱，包括：

23、通过所述粒子种类和所述能量分布得到所述等离子体能谱。

24、可选地，所述根据航天器实际表面结构进行仿真建模得到双层平板模型，包括：

25、通过对所述航天器实际表面结构简化后进行几何建模，得到二维截面模型；

26、根据所述二维截面模型划分结构化网格，得到所述双层平板模型，其中，所述双层平板模型包括屏蔽层和介质层。

27、可选地，所述通过所述双层平板模型和所述等离子体环境数据进行模型构建，得到航天器与电子等离子体环境相互作用模型，包括：

28、将所述双层平板模型和所述等离子体环境数据作为平行板电容器；

29、根据所有所述平行板电容器得到所述航天器与电子等离子体环境相互作用模型。

30、第二方面，本发明提供了一种基于等离子体能谱的航天器表面带电电位获取装置，包括：仿真建模模块，用于基于航天器静电仿真软件，根据航天器实际表面结构进行仿真建模得到双层平板模型；

31、等离子体能谱获取模块，用于基于麦克斯韦速度分布函数，通过等离子体环境数据得到等离子体能谱；

32、模型构建模块，用于通过所述双层平板模型和所述等离子体环境数据进行模型构建，得到航天器与电子等离子体环境相互作用模型；

33、航天器表面带电电位获取模块，用于将所述等离子体能谱输入所述航天器与电子等离子体环境相互作用模型得到航天器表面带电电位。

34、第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括存储器和处理器；

35、所述存储器，用于存储计算机程序；

36、所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如第一方面所述的基于等离子体能谱的航天器表面带电电位获取方法。

37、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如第一方面所述的基于等离子体能谱的航天器表面带电电位获取方法。

38、本发明的基于等离子体能谱的航天器表面带电电位获取方法的有益效果是：基于航天器静电仿真软件，根据航天器实际表面结构进行仿真建模得到双层平板模型。基于麦克斯韦速度分布函数推导空间等离子体环境中的速度空间中粒子数分布函数，利用软件生成数据，绘制等离子体能谱。通过双层平板模型和等离子体环境数据建立航天器与电子等离子体环境相互作用模型，定义临界能量的概念，考虑空间等离子体环境分析对航天器表面带电电位的影响，提高计算精度。将等离子体能谱输入模型得到航天器表面带电电位，进而提高计算速度。

1.一种基于等离子体能谱的航天器表面带电电位获取方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于等离子体能谱的航天器表面带电电位获取方法，其特征在于，所述通过等离子体环境数据得到等离子体能谱，包括：

3.根据权利要求2所述的基于等离子体能谱的航天器表面带电电位获取方法，其特征在于，所述将所述等离子体环境数据输入麦克斯韦-玻尔兹曼分布函数，得到速度空间中粒子数分布函数，包括：

4.根据权利要求2所述的基于等离子体能谱的航天器表面带电电位获取方法，其特征在于，所述通过所述速度空间中粒子数分布函数得到粒子通量，包括：

5.根据权利要求1所述的基于等离子体能谱的航天器表面带电电位获取方法，其特征在于，所述等离子体环境数据包括粒子种类和能量分布，所述通过等离子体环境数据得到等离子体能谱，包括：

6.根据权利要求1所述的基于等离子体能谱的航天器表面带电电位获取方法，其特征在于，所述根据航天器实际表面结构进行仿真建模得到双层平板模型，包括：

7.根据权利要求6所述的基于等离子体能谱的航天器表面带电电位获取方法，其特征在于，所述通过所述双层平板模型和所述等离子体环境数据进行模型构建，得到航天器与电子等离子体环境相互作用模型，包括：

8.一种基于等离子体能谱的航天器表面带电电位获取装置，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器；

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至7任一项所述的基于等离子体能谱的航天器表面带电电位获取方法。