空間太陽陣表面靜電放電問題日益受到關(guān)注。本文利用電子束流輻照太陽陣樣品，模擬表面靜電放電過程，通過測(cè)量充電電壓、放電電流以及放電次數(shù)，分析靜電放電特性。實(shí)驗(yàn)表明，太陽陣表面充電靜電能是產(chǎn)生靜電放電的放電源，當(dāng)太陽陣蓋片表面充電電位相對(duì)于太陽陣結(jié)構(gòu)超過閾值電壓時(shí)產(chǎn)生靜電放電，不同充電模式下太陽陣樣品表面產(chǎn)生介質(zhì)放電和金屬放電。空間太陽陣表面靜電放電特性與空間帶電環(huán)境、太陽陣材料、結(jié)構(gòu)以及溫度等因素相關(guān)。

　　空間環(huán)境中靜電放電是導(dǎo)致衛(wèi)星產(chǎn)生故障的主要原因之一。1973~1997年由空間環(huán)境引發(fā)的衛(wèi)星在軌故障成因統(tǒng)計(jì)表明，靜電放電占54.2%。空間太陽陣作為衛(wèi)星的一次能源系統(tǒng)，由于完全暴露在空間帶電環(huán)境中，容易受其影響而產(chǎn)生表面靜電放電問題。空間太陽陣結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜，其表面包括蓋片，太陽電池，金屬互連片和金屬匯流條，基底，基板結(jié)構(gòu)(鋁蜂窩)等不同材料和組件。在空間帶電環(huán)境中，太陽陣不同材料和組件之間會(huì)產(chǎn)生不等量充電過程，當(dāng)充電形成的電壓達(dá)到臨界值時(shí)觸發(fā)靜電放電。本文從實(shí)驗(yàn)上模擬了空間太陽陣表面靜電放電過程，通過測(cè)量充電電壓、放電電流以及放電次數(shù)，分析了太陽陣靜電放電特性。

　　1、實(shí)驗(yàn)

　　空間太陽陣表面充電是由于受到磁層中能量范圍為幾千電子伏至幾十千電子伏入射電子作用而引起的靜電荷積累效應(yīng)，太陽陣表面一般充負(fù)電位。地磁亞暴期間，在高能電子(能量大于十幾千電子伏)作用下，高電阻率的蓋片表面相對(duì)于太陽陣結(jié)構(gòu)(包括金屬互連)充更高負(fù)電位，形成負(fù)充電模式;當(dāng)衛(wèi)星離開地影進(jìn)入太陽光照區(qū)時(shí)，受二次電子發(fā)射和光電子發(fā)射的影響，蓋片表面相對(duì)于太陽陣結(jié)構(gòu)充正電位，形成正充電模式。實(shí)驗(yàn)中利用電子槍產(chǎn)生不同能量的電子束輻照太陽陣樣品表面，模擬不同充電模式下的靜電放電過程。

　　1.1、負(fù)充電模式

　　由電子槍產(chǎn)生電子能量16keV，束流密度2.0nA/cm2的高能電子束輻照太陽陣樣品表面對(duì)其充電，實(shí)驗(yàn)電路原理見圖1所示，金屬互連與太陽陣基板結(jié)構(gòu)(鋁蜂窩)相連并接地。實(shí)驗(yàn)表明，蓋片表面平均充電電位為-1450V，在蓋片和金屬互連之間產(chǎn)生靜電放電，放電電流波形如圖2所示。

　　通過逐漸提高太陽陣樣品基板溫度來確定靜電放電次數(shù)與溫度的關(guān)系。隨著樣品基板溫度的升高，其表面靜電放電發(fā)生頻次有減小的趨勢(shì)。在保持樣品基板溫度基本不變情況下，其表面放電頻次相對(duì)變化不大，見圖3所示。

圖1 太陽陣負(fù)充電實(shí)驗(yàn)電路

圖2 負(fù)充電模式下樣品表面放電電流波形

圖3 不同溫度條件下樣品表面靜電放電次數(shù)

　　3、結(jié)論

　　實(shí)驗(yàn)表明，空間帶電環(huán)境中太陽陣表面不同充電模式下產(chǎn)生介質(zhì)放電和金屬放電，當(dāng)蓋片表面充電電位相對(duì)于太陽陣結(jié)構(gòu)為負(fù)并超過閾值電壓時(shí)(一般大于-1000V)產(chǎn)生介質(zhì)放電;當(dāng)蓋片表面充電電位相對(duì)于太陽陣結(jié)構(gòu)為正并超過+500V時(shí)產(chǎn)生金屬放電。靜電放電過程是太陽陣表面充電靜電能的釋放過程，充電電荷釋放越多則放電電流幅度越大，金屬放電產(chǎn)生的放電電流幅度一般比介質(zhì)放電大，其危害也較為嚴(yán)重。實(shí)驗(yàn)表明，太陽陣溫度與靜電放電頻次相關(guān)，溫度越高，太陽陣表面發(fā)生靜電放電次數(shù)相對(duì)減少。因此，在開展空間太陽陣靜電放電防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該同時(shí)考慮空間帶電環(huán)境、太陽陣材料、結(jié)構(gòu)以及溫度對(duì)其充放電性能的影響。