充放电机理：深入解析与优化

充放电现象主要发生在运行于空间等离子体环境中的航天器上，航天器所用材料包括金属、绝缘介质和半导体材料，航天器虽处于以电子为主的等离子体区，但航天器上充放电却是等离子体中多种带电粒子共同作用的结果，当不同能量的带电电子入射到航天器上，会出现表面充放电效应和深层充放电效应两种不同的机制［2］。

1.表面充放电效应

航天器表面材料与等离子体电子相互作用会引起航天器表面充电，由于卫星外表面材料的介电特性、光照条件、几何形状等不同，可使卫星相邻外表面之间、表面与深层之间、表面与卫星地之间产生电位差，当这个电位差升高到一定量值之后，将以电晕飞弧击穿等方式产生放电，辐射出电磁脉冲（EMP），或者通过卫星结构接地系统将放电电流直接注入卫星电子系统之中，对星上电子系统产生影响，乃至发生电路故障，直接威胁整星安全。(www.xing528.com)

2.深层充放电效应

当出现较大的空间辐射环境扰动事件时，如太阳耀斑爆发、太阳日冕物质抛射、地磁暴或地磁亚暴等，可使地球辐射带中能量大于1 MeV 的电子（相对论电子）通量大幅增加。高通量的电子长时间地存在，这些电子可直接穿透卫星的蒙皮（包括外层导电表面和热绝缘材料等）、卫星外部结构和仪器设备外壳，射入卫星内部的电路板导线绝缘层等深层绝缘介质中，导致绝缘介质（如电路板和同轴电缆等）深层的电荷堆积，造成深层介质带电。当高能电子连续不断地入射，嵌入星内绝缘材料中并快速堆积电荷，一旦电荷累积速率超过绝缘材料的自然放电率，便可造成绝缘材料击穿，引起深层静电放电（ESD），直接对电子系统产生干扰，严重时可造成卫星故障和灾害。