电子质子混合辐射下星用聚酰亚胺深层电场畸变特性研究

摘要

为了评估复杂空间环境下航天器介质深层充电水平，对高能电子与质子混合辐射下介质深层电场分布进行数值计算研究。基于蒙特卡罗的粒子辐射方法和电场有限元数值计算方法，提出了一种双带电粒子混合辐射的GEANT4-COMSOL联合充电评估方法，针对航天器聚酰亚胺介质建立了厚度4 mm的平板模型，并考虑了入射带电粒子在介质中的电荷沉积量、能量沉积分布以及介质中的非线性暗电导和辐射诱导电导。通过联合充电评估方法，分别计算了聚酰亚胺介质在5组不同能量组合的单能电子和单能质子混合辐射下电位分布与电场强度分布，以及在太阳同步轨道中南极、北纬45°、赤道3个典型位置的能谱电子和质子混合条件下的电场畸变特性。研究结果表明：当不同能量单能电子和质子混合辐射时，电子和质子因电荷沉积深度分布存在差异，电场均呈现“双峰型”分布；在太阳同步轨道下能谱电子和质子混合辐射时，3个典型位置的最大电场强度分别为0.372、0.196、0.210 MV·m^-1,在南极区域介质内电场强度最高。电子与质子混合辐射的电场分布结果表明，两种电荷所引发的介质内电场畸变特性，即电场增强或削弱，在辐射深度上存在复杂的分布特性，并在特定辐射与纬度条件下会达到严重的充电危害水平。

关键词

GEANT4-COMSOL联合充电评估方法 / 电子 / 质子 / 太阳同步轨道 / 混合辐射 / 电场畸变

基金资助

陕西省重点研发计划资助项目（2024GX-YBXM-519）; 湖州市自然科学基金资助项目（2023YZ-04）