Обеспечение стойкости бортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов к воздействию электростатических разрядов (20.04.2009)

Автор: Соколов Алексей Борисович

Соколов Алексей Борисович

Обеспечение стойкости бортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов к воздействию электростатических разрядов

Специальность 05.12.04.(

«Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва 2009

Работа выполнена на кафедре «Общая и физическая химия» Московского государственного института электроники и математики (технического университета)»

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, Лауреат премии Правительства Российской Федерации

Е.Д. Пожидаев

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Балюк Н.В.,

доктор технических наук, профессор Кириллов В.Ю.,

доктор физико-математических наук, профессор Новиков Л.С.

Ведущая организация:

ФГУП «Московский научно-исследовательский радиотехнический институт»

Защита состоится «18» июня 2009 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.133.06 Московского государственного института электроники и математики (технического университета) по адресу:

109028, Москва, Большой Трехсвятительский переулок, дом 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного института электроники и математики (технического университета)

Автореферат разослан «13» мая 2009 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук, профессор Н.Н. Грачев

Введение

Актуальность проблемы. Радиоэлектронная аппаратура (РЭА), устанавливаемая на борту космических аппаратов (КА), развивается в сторону внедрения цифровых технологий, повышения тактовых частот обработки информации, расширения спектра обрабатываемых сигналов. Одновременно минимизируются массогабаритные параметры аппаратуры, увеличивается плотность ее компоновки в объеме КА. Все это создает сложную обстановку с позиций электромагнитной совместимости (ЭМС) приборов и узлов бортовой РЭА (БРЭА). Особую роль при этом играют процессы электризации поверхности КА, вызывающие электростатические разряды (ЭСР) на поверхности блоков и кабельных систем. ЭСР, возникающие вследствие дифференциальной зарядки КА, являются источниками электромагнитных помех (ЭМП), воздействующих на отдельные элементы и устройства и (или) бортовые системы в целом.

Разности потенциалов на поверхностях КА, находящихся на геостационарных орбитах (ГСО), могут достигать 20 кВ, а средние значения энергии ЭСР составляют 6(200 мДж. В результате ЭСР по корпусу КА протекают импульсные токи амплитудой до 100 А. Они приводят к возникновению ЭМП в элементах кабельных систем БРЭА.

ЭМП различной природы, вызванные ЭСР, приводят к кратковременным сбоям и отказам БРЭА, искажению информационных сигналов и сигналов управления, а в отдельных случаях физическому повреждению бортовых устройств. В нашей стране этим проблемам посвящены работы ученых: Саенко В.С., Пожидаева Е.Д., Кечиева Л.Н., Кириллова В.Ю., Акишина А.И., Новикова Л.С., Тютнева А.П., и др., а среди зарубежных специалистов можно отметить Бокслейтера В., Барнса Дж., Уайта Дж., Отта Г. Указанными авторами внесен значительный вклад в теорию и практику защиты бортовой аппаратуры от ЭСР. В области теории и практики обеспечения стойкости электронных средств к внешним электромагнитным воздействиям большой вклад внесли отечественные ученые Балюк Н.В., Кириллов В.Ю., Мырова Л.О., Комягин С.И. и др.

Из-за высокой сложности реальных конструкций КА и их РЭА задача определения места разряда и его уровня достаточно сложна и на сегодняшний день не отработана. Это затрудняет разработку методов и средств предотвращения ЭСР и, соответственно, защиты аппаратуры от его воздействия. Очевидно, что научно-обоснованные меры, принятые на этапе концептуальной и технической проработки изделия, экономически целесообразнее, чем доработка КА на этапе стендовых испытаний. Если проблема, связанная с повышением стойкости РЭА КА к воздействию ЭСР не будет решена, то возможный ущерб от потери спутников по этой причине может многократно превосходить их стоимость.

Таким образом, решение научно-технической проблемы обеспечения стойкости БРЭА КА к воздействию ЭСР при их эксплуатации на геостационарной и высокоэллиптических орбитах является актуальным и важным для различных областей народного хозяйства страны и ее обороноспособности.

Цель работы. Обеспечение стойкости бортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов к воздействию электростатических разрядов путем моделирования воздействия электростатических разрядов на элементы, узлы и кабельные системы аппаратуры и разработка на этой основе научно-обоснованных рекомендаций по повышению ее помехозащищенности.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

Развита теория радиационной электропроводности (РЭ) полимеров внешней поверхности КА и на этой основе сформулирован принцип минимальной радиационной электропроводности (МРЭ), что создает теоретические предпосылки для расчета электрических полей в экранно-вакуумной теплоизоляции (ЭВТИ) КА в наихудшем случае: прохождение геомагнитной суббури, низкая температура.

Разработана структурная электрофизическая модель (СЭМ) растекания токов по корпусу КА при ЭСР и предложен метод расчета ЭМП, возникающих на входе БРЭА КА при ЭСР, а также методические и программные средства расчета уровней ЭМП.

Разработаны методика оценки стойкости БРЭА к воздействию ЭСР на поверхности КА и научно-обоснованные рекомендации обеспечения стойкости БРЭА КА на схемно-техническом и конструкторском уровнях.

Разработаны методики проведения стендовых испытаний КА на стойкость БРЭА к воздействию ЭСР.

Разработана методика мониторинга качества функционирования БРЭА КА, находящейся под потенциальным воздействием ЭСР.

Методы исследования. При решении сформулированных задач использовались: теория радиационной электропроводности полимеров, методы теоретической электротехники; теория электромагнитного поля; теория макромоделирования, теория электромагнитной совместимости технических средств, методы вычислительной математики и элементы теории стойкости электронной аппаратуры.

Основные результаты, представленные на защиту:


загрузка...