автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Обеспечение стойкости бортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов к воздействию электростатических разрядов

На правах рукописи

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

003472919

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 «25» июня 2009 года в 16 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 «21» мая 2009 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета кандидат технических наук, профессор

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 массогабаритныс 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 геостационарной орбите (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.

Электромагнитные помехи, 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: Бабкина Г.В., Саенко B.C., Пожидаева Е.Д., Кечиева JI.H., Морозова Е.П., Кириллова В.Ю., Акишина А.И., Новикова JI.C., 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 JI.O., 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 решена. 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 обеспечением 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 развития различных областей экономики 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.

Дня достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

1. Развита теория радиационной электропроводности (РЭ) полимеров внешней поверхности КА и 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.

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

3. 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.

4. Разработаны методики проведения стендовых испытаний экранирующих свойств корпуса КА и оценки стойкости БРЭА к длительному периодическому воздействию ЭСР.

5. 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:

1. Принцип минимальной радиационной электропроводности полимеров, положенный в основу расчета напряженности электрическохо поля в экранно-вакуумной теплоизоляции КА в условия наихудшего случая: сильная геомагнитная суббуря, низкая температура.

2. Структурная электрофизическая модель растекания токов по корпусу КА при ЭСР, основанная на представлении конструкции КА в виде эквивалентной схемы из Я, Ь и С элементов, и методика расчета ЭМП, возникающих на входах бортовой радиоэлектронной аппаратуры КА при воздействии ЭСР, с учетом большой размерности СЭМ за счет применения

макромоделирования.

3. Методика экспериментального определения коэффициента трансформации тока, протекающего по элементам внешней поверхности КА, в напряжение электромагнитной наводки во фрагментах бортовой кабельной сети.

4. Методика оценки стойкости БРЭА к воздействию ЭСР на поверхности КА и рекомендации по обеспечению стойкости БРЭА на схемно-техническом и конструкторском уровнях, включая методику проектирования неоднородных электромагнитных экранов.

5. Методики проведения стендовых испытаний экранирующих свойств корпуса КА и оценки стойкости БРЭА к длительному периодическому воздействию ЭСР.

Научная новизна полученных результатов заключается в

следующем:

1. На основе исследования РЭ полимеров сформулирован принцип минимальной радиационной электропроводности, положенный в основу расчета напряженности электрического поля в ЭВТИ КА в условиях наихудшего случая: сильная геомагнитная суббуря, низкая температура.

2. Разработана структурная электрофизическая модель растекания токов по корпусу КА при ЭСР, отличающаяся структурой, позволяющей за счет применения методов макромоделирования существенно повысить размерность и точность решаемой задачи определения растекания токов в любой точке поверхности КА, и предложена методика расчета ЭМП, возникающих на входах БРЭА КА при воздействии ЭСР.

3. Разработана методика экспериментального определения коэффициента трансформации тока, протекающего по элементам внешней поверхности КА в напряжение электромагнитной наводки во фрагментах БКС, отличающаяся применением автономного оригинального генератора, имитирующего реальные параметры ЭСР, что позволяет уменьшить погрешность расчетов уровней помех в два раза.

4. Предложена методика оценки стойкости БРЭА к воздействию ЭСР на поверхности КА, позволяющая получить научно-обоснованные рекомендаций по обеспечению стойкости БРЭА на схемно-техническом и конструкторском уровнях, включая методику проектирования неоднородных электромагнитных экранов.

5. Предложены методики проведения стендовых испытаний экранирующих свойств корпуса КА и оценки стойкости БРЭА к длительному периодическому воздействию ЭСР, отличающиеся применением автономного генератора помех с калиброванными разрядниками, что позволяет исключить влияние питающей сети и повысить точность и воспроизводимость результатов испытаний.

Практическая полезность полученных результатов заключается в

следующем:

1. Разработаны методические и программные средства расчета уровней ЭМП на

входах БРЭА КА при ЭСР, возникающих на поверхности КА.

2. Разработаны оригинальное устройство для имитации воздействия ЭСР, соответствующих натурным условиям эксплуатации КА, и методика определения коэффициента трансформации тока на этом устройстве.

3. Созданы методики стендовых испытаний экранирующих свойств корпуса КА и оценки стойкости БРЭА КА к длительному периодическому воздействию ЭСР на основе автономного испытательного генератора помех с калиброванными разрядниками.

4. Разработаны практические рекомендации по конструированию БРЭА КА, стойкой к воздействию ЭСР, а также методика расчета неоднородных электромагнитных экранов БРЭА.

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

Приоритет практических решений подтвержден следующими

патентами и свидетельствами:

1. Соколов А.Б., Теверовский A.A. Структура для измерения заряда на границе раздела полупроводник-полимер. A.c. 1302955 СССР. HOI 21\66-Опуб.1986.

2. Соколов А.Б., Дорофеев А.Н., Саенко B.C. Расчет наводок во фрагментах бортовой кабельной сети космических летательных аппаратов. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2007614306 от 09 октября 2007 года.

3. Соколов А.Б., Марченков К.В., Саенко B.C. Расчет величины помеховых сигналов во фрагментах бортовой кабельной сети космических летательных аппаратов. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ JST« 2007614835 от 23 ноября 2007 года.

4. Соколов А.Б., Агапов В.В., Марченков К.В., Саенко B.C. Устройство для определения коэффициента трансформации тока, протекающего по элементам внешней поверхности космического аппарата, в напряжение электромагнитной наводки во фрагментах бортовой кабельной сети. Патент на полезную модель № 75477 от 10 августа 2008 года.

5. Соколов А.Б., Жаднов В.В., Полесский С.Н., Мальгин Ю.В., Якубов С.Э. База данных по характеристикам надежности и качества электронно-вычислительных средств и комплектующих. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2008620402 от 07 ноября

2008 года.

6. Соколов А.Б., Пожидаев Е.Д., Саенко B.C., Тютнев А.П. Экранно-вакуумная теплоизоляция космического аппарата. Патент на изобретение № 2344972 от 27 января 2009 года.

7. Соколов А.Б., Агапов В.В., Востриков A.B., Саенко B.C. Коэффициенты трансформации тока, протекающего по корпусу космического аппарата, в напряжение помех во фрагментах бортовой кабельной сети. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2009620068 от 03 февраля

2009 года.

Основные результаты в виде методов, методик, рекомендаций, инженерных методов расчетов внедрены на следующих предприятиях и в организациях:

• ФГУП «Московский научно-исследовательский радиотехнический институт» (МНИРТИ);

• Государственный космический научно-производственный центр (ГКНПЦ) им. М.В. Хруничева;

• ФГУП «Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина»;

• ОАО «Научно-производственное объединение «Лианозовский электромеханический завод»;

• Московский союз научных и инженерных общественных объединений (МОС СНИО);

• ГОУВПО «Московский государственный институт электроники и математики (технический университет)» (МИЭМ);

• ГОУВПО «Сибирский федеральный университет» (СФУ);

• ГОУВПО «Московский государственный институт радиоэлектроники и автоматики (технический университет)» (МИРЭА).

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на:

• Всесоюзном научно-техническом семинаре «Пути повышения стабильности и надежности микроэлементов и микросхем» (Рязань - 1984 г.);

• Научно-технических конференциях «Вакуумная наука и техника» (Гурзуф -1995,1996 г.г.; Судак - 2001,2004 г.г.; Сочи - 2007 г.);

• Научно-технической конференции «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления» (Судак - 2002 г.);

• XVIII международном совещании «Радиационная физика твердого тела» (Севастополь- 7-12 июля 2008 г.);

• Международной научно-технической конференции «Современные информационные технологии» (Пенза - 2008 г.);

• Конференции «Радиационная стойкость электронных систем» (МО, г. Лыткарино -2008 г.);

• Десятой Российской научно-технической конференции по электромагнитной совместимости технических средств и электромагнитной безопасности. ВИТУ. (С.Пстербург - 2008 г.).

Публикации. Результаты диссертации отражены в 59 опубликованных работах, в числе которых 45 статей в журналах, сборниках статей, материалах конференций, 14 научно-технических отчетов, имеющих государственную регистрацию. В журналах, включенных в перечень ВАК, опубликовано 15 статей.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников, включающего 146 наименований и приложения.

Основное содержание работы

Во введении представлено обоснование актуальности исследуемой проблемы, определены цель работы, круг решаемых задач и методов исследования. Сформулированы результаты работы, выносимые на защиту, их научная новизна и практическая полезность. Приведены сведения об апробации и внедрении достигнутых результатов работы. Представлены публикации, структура и объем работы.

В первой главе дан анализ существа проблемы электризации КА, эксплуатируемых на геостационарной или высокоэллиптических орбитах. КА регулярно становятся объектами воздействия космической плазмы во время и после геомагнитных бурь и суббурь. В результате выходят из строя БРЭА КА, системы управления и навигации. Спутники различного назначения теряют управление, прекращают активное функционирование, временно выходят из строя. Многие спутники были потеряны. В любом случае их операторы несут многомиллионные потери.

Эта проблема связана с воздействием на КА потоков электронов и ионов космической плазмы, особенно в моменты суббурь в магнитосфере Земли. Установлено, что, если в спокойной магнитосфере на ночной стороне КА приобретает отрицательный потенциал порядка сотен вольт (не более 1 кВ), то в условиях суббури потенциалы достигают единиц и десятков киловольт. Общее заряжение КА определяется знаком и уровнем электрического потенциала, приобретаемого аппаратом в целом, а дифференциальное заряжение - знаком и уровнем электрического потенциала отдельных изолированных его частей. Как первый, так и второй показатели зависят от соотношения интенсивностей процессов, обеспечивающих поступление на поверхность КА и сток с нее положительных и отрицательных зарядов.

Поверхность современных КА почти полностью покрыта диэлектрическими материалами (терморегулирующие покрытия, защитные стекла солнечных батарей, эмали и т.д.), которые могут оказаться частично или полностью в тени. Дифференциальное заряжение представляет наибольшую опасность для функционирования БРЭА из-за возникновения электрических разрядов между отдельными участками поверхности и элементами конструкции и кабельной системой аппаратуры.

В области ГСО во время геомагнитных бурь значение общего потенциала КА, рассматриваемого как единое проводящее тело, составляет минус 10-20 кВ. Положительное заряжение КА происходит в режиме торможения уходящих с поверхности вторичных фотоэлектронов, поэтому положительный потенциал при общей зарядке КА при освещении Солнцем не превышает 10 В. Но и в этом случае общая ситуация достаточно сложная. Можно сделать вывод о том, что единственными причинами ЭСР при электризации КА могут выступать локальные разности потенциалов между различными материалами и изолированными или заземленными металлическими деталями. Очевидно, что речь в таком случае может идти о скользящем искровом разряде.

В общем случае, при рассмотрении вопроса о снижении уровня электризации КЛ, необходимо учитывать:

• значение сквозной электропроводности диэлектрического материала, представляющее собой сумму значений собственной и радиационной электропроводностей, последняя связана с потоками высокоэнергетических заряженных частиц радиационных поясов Земли (электроны с энергией более 0,1 МэВ, протоны с энергией более 1 МэВ), пробеги которых соизмеримы или превышают толщину диэлектрического слоя;

• возможность протекания токов, ограниченных объемным зарядом, которые могут снять часть избыточного отрицательного заряда с поверхности диэлектрика на корпус;

• процессы фотоионизации и ионизации электронным ударом собственной внешней атмосферы космического аппарата. Образующиеся при этом положительные ионы притягиваются к отрицательно заряженной поверхности и частично нейтрализуют отрицательный заряд на ней.

При моделировании в лабораторных условиях ЭСР, происходящих на борту КА, необходимо задавать параметры, наиболее точно воспроизводящие совокупность всех внешних воздействующих факторов, характерных для эксплуатации КА на орбите. Одним из основных параметров при моделировании является поток электронов космической плазмы. Для хороших диэлектриков плотность тока потока электронов не является определяющим фактором, поскольку она в основном определяет лишь частоту разрядов. Поэтому при моделировании вполне допустимо принимать плотность тока пучка в диапазоне 10~5 -Ю"4 А/м2.

При скользящем пробое (вдоль поверхности диэлектрика) сталкиваются с явлением, когда один из этапов этого типа разряда включает в себя и объемный пробой, поскольку центроида избыточного заряда электронов расположена на некоторой глубине внутри диэлектрика (от 0,5 мкм до нескольких микрометров). При скользящем пробое (перекрытии) между электродами этот этап разряда, естественно, отсутствует. Электрическая прочность объема в несколько (от 2 до 8) раз выше.

Воздействие ЭСР на работоспособность БРЭА и БКС осуществляется:

• электромагнитным излучением (ЭМИ), сопровождающим любой разряд на объекте;

• помеховым сигналом, проникающим в электрическую цепь при передаче его по магнитному полю за счет различных индуктивных связей;

• воздействием электрического поля из-за разрядов, возникающих между диэлектриком и корпусом КА, а также между диэлектриками и электрической сетью, передачей помеховых сигналов за счет емкостных связей;

• непосредственным воздействием разряда на кабель.

Основные характеристики электростатических разрядов на КА следующие:

• разность потенциалов до 20 кВ;

• токи разрядов до 100 А;

• длительность фронта ЭСР 1(Г8-НГ7 с;

• длительность ЭСР 10~7-10 6 с;

• энергия ЭСР до 0,2 Дж;

• частота разрядов до 10 Гц.

Для типовой длительности разряда и его фронта длина излучаемых электромагнитных волн составляет 3-300 м.

Импульсные токи, возникающие при ЭСР и протекающие в корпусе КА, кабельных сетях, преложенных на его поверхности и в элементах аппаратуры, расположенных в специальных экранах или термоконтейнерах, представляют основную опасность для бесперебойного функционирования БРЭА КА. Кроме этого, опасность представляют импульсные электромагнитные поля, возникающие при протекании токов разряда. Проникая через неоднородности экранов, они воздействуют на антенны внутри БРЭА, наводя помеховые токи и напряжения.

Основными источниками электромагнитных помех, возникающих при ЭСР в БРЭА, являются излученные электромагнитные поля в окружающем пространстве и токи, растекающиеся по корпусу КА.

Блоки РЭА конструктивно представляют собой замкнутые металлические объемы. Кабели могут быть неэкранированными, экранированными или частично экранированными. Разъемные соединения также имеют как проводящие, так и непроводящие части (ряд соединителей имеет диэлектрические кожухи или на них наносятся для исключения коррозии анодируклцие покрытия). Поскольку схема металлизации КА разработана таким образом, что все проводящие части конструкции, экраны кабелей, корпуса приборов соединены гальванически, то любой разряд с выбросом заряда в плазму вызовет изменение потенциала всей конструкции, что может отразиться на функционировании любой системы БРЭА.

Помеховый сигнал от ЭМИ возникает за счет возбуждения электродвижущей силы (ЭДС) в электрической цепи, имеющей разрывы в экране. При этом уровни помех не превышают долей вольта.

В кабеле ЭДС возникает при изменении магнитного потока, проходящего через контур. Для типичных разрядов на КА ¿//Л»Ю9-Ю10 А/с, ЭДС, наводимая в кабельных цепях при ЭСР, составляет значения порядка нескольких вольт.

Анализ показывает, что при разрядах непосредственно в электрическую цепь уровень помехового сигнала может достигать нескольких киловольт, если не применять специальных конструкторских решений.

В табл.1 приводятся значения энергии помех, вызванных ЭМИ, при которых происходят сбои в работе или выгорание элементов РЭА.

Диапазон частот сигналов, вызванных мощными электромагнитными импульсами, близок к диапазону частот сигналов ЭСР. Это позволяет пользоваться данными, приведенными в таблице, учитывая, однако, что они служат лишь грубой оценкой. Из табл. 1 видно, что ЭМИ, в первую очередь,

приводит к сбоям в работе и выгоранию слаботочных, малоинерционных элементов с тонкими токопроводами. Более мощные элементы значительно устойчивее к воздействию ЭМИ.

Прямым следствием ЭСР являются возникновение импульсных электромагнитных нолей, протекание импульсных токов по элементам конструкции КА и наведение паразитных импульсных ЭДС в БКС КА.

Таблица 1

Влияние на элементы электроники токов, индуцируемых электромагнитными импульсами

Поглощенная энергия, Дж Возможные повреждения

1ГГ7 -10 8 Сбои в работе элементов БРЭА

10"7 Выгорание диодов в микроволновых смесителях

кг5 Сбои в работе или выгорание линейных интегральных схем

ю-5 Сбои в работе и выгорание маломощных транзисторов и интегральных схем на биполярных транзисторах

1СГ4 Повреждения конденсаторов, диодов, транзисторов средней мощности и логических элементов на КМОП-структурах

ю-3 Повреждения стабилитронов, однооперационных триодных тиристоров, полевых транзисторов (Л-'ЕТ), мощных транзисторов и тоикопленочных резисторов

Как показали модельные лабораторные исследования и исследования, проведенные в натурных условиях эксплуатации КА, поверхностные ЭСР возникают, когда напряженность электрического поля между элементами поверхности КА достигает значения 107 В/м, или когда разность потенциалов между металлическим проводником и заряженным диэлектриком превышает 500 В. Объемные ЭСР возникают, когда напряженность электрического поля в объеме диэлектриков превышает уровень 2-Ю7 В/м.

В ряде исследований, проведенных в последнее время, показано, что важную роль играют разряды с выбросом заряда в плазму, окружающую КА. В облучаемых диэлектриках разряды этого типа могут инициироваться как объемными, так и поверхностными ЭСР. В этом случае значительно увеличивается область конструкции КА, в которой происходит растекание токов. Это вызывает необходимость проведения расчета картины растекания токов от ЭСР по всему корпусу КА.

Выполненный анализ позволил сформулировать цель и задачи проведения исследований в области обеспечения стойкости БРЭА КА при их эксплуатации на геостационарной и высокоэллиптических орбитах.

Во второй главе анализируется физико-математическая модель РЭ при различных подходах прогнозирования (эмпирическом и полуэмпирическом) и как научная теория радиационной физики полимеров. Воздействие ионизирующих излучений на полимерные диэлектрики (в дальнейшем, полимеры) приводит к образованию в них носителей заряда, что в свою очередь вызывает значительный рост электропроводности как в процессе облучения, так и в течение некоторого времени после его окончания. Под РЭ понимается

разность между суммарной измеренной электропроводностью во время воздействия радиации и собственной электрической проводимостью полимера.

В основу эмпирического подхода положен принцип разделения РЭ на две составляющие: мгновенную ур и задержанную ул. Первая - практически безынерционна, с точностью до нескольких десятых наносекунды повторяет форму импульса излучения и пропорциональна мощности дозы

Ур=крк, (1)

где Л - мощность дозы, Гр/с, Кр - коэффициент радиационной электропроводности.

При длительности воздействия импульса радиации ^<0,1 мкс оценку РЭ можно проводить по формуле (1), полностью пренебрегая наличием задержанной составляющей.

С увеличением длительности облучения начинает доминировать задержанная составляющая и можно пренебречь наличием мгновенной. Теперь РЭ характеризуется сложной временной, полевой и температурной зависимостью. При облучении с постоянной мощностью дозы переходный ток сначала возрастает, затем достигает максимального значения угт в момент времени /т, после чего начинает медленно спадать, переходя на закон спада Уа сс свидетельствующий о проявлении сильных дозовых эффектов. Стационарное состояние практически никогда не достигается.

Для характеристики РЭ используют параметры Ап и Д, такие, что

Уш=КК (2)

)

где 0,5 < Д < 1,0, - постоянная во времени мощность дозы излучения, Ат -параметр, характеризующий РЭ при максимальном значении, Д - параметр РЭ, описывающий ее рад-амперную характеристику.

В диссертационной работе приведены характеристики образцов полимеров и данные по их РЭ (напряженность электрического поля 107 В/м), а также основные параметры РЭ исследованных полимеров при комнатной и повышенных температурах (напряженность электрического поля 10? В/м).

Полуэмпирический подход прогнозирования основан на использовании модели Роуза-Фаулера-Вайсберга (РФВ), позволяющей не только проводить обработку экспериментальных данных, но и осуществлять их всесторонний теоретический анализ.

В главе представлены результаты расчетов для типичного полимера (полистирола), полученные с использованием указанных подходов. Вид переходного процесса представлен на рис. 1, там же приведены основные его характеристики.

Показано, что учет радиационных ловушек устраняет стационарное состояние РЭ в процессе облучения. Вместо него появляется спад переходного тока по закону] ос {1 (рис. 2).

В главе проведен анализ методов расчета внутренних электрических полей в диэлектрических средах, подвергающихся воздействию ионизирующих излучений с различной проникающей способностью. Подробно рассмотрен

основной случай, наиболее часто встречающийся при воздействии электронов космической плазмы на полимерные диэлектрики КА. Это режим равномерной высокоэнергетической инжекции, который предполагает, что как мощность дозы /?0, так и скорость объемной инжекции избыточных носителей заряда (2о постоянны по толщине облучаемого слоя.

Время, с

Рис. 1. Расчетная кривая РЭ модельного полимера в логарифмических координатах. На вставке начальный участок кривой приведен в линейных координатах. Точка соответствует стационарному значению РЭ

Время, с

Рис. 2. Изменение во времени РЭ модельного полимера с учетом генерации радиационных ловушек при различных /Ц?/£о скорость генерации радиационных ловушек)._ Х = О (1), 0.0001 (2), 0.001 (3), 0.01 (4), 0.1 (5) и 1.0 (б). Время облучения 10? с. Все кривые относятся к облучению исходного полимера. Скорость объемной генерации носителей заряда 3 -1022 м'} с1

Распределение напряженности электрического поля внутри диэлектрика имеет следующий вид:

(3)

Уг ,

где х - отсчитывается от средней плоскости слоя; уг - установившееся значение РЭ.

Использование модели РФВ для расчета уг в диэлектрике с монополярной проводимостью, приводит к выражению:

а

па кгхМ,

о

(.. Л

V,

л у

1+ог

где Цо ~ микроскопическая подвижность электронов; g0 - скорость однородной объемной генерации свободных носителей заряда, пропорциональная мощности дозы /?о и зависящая от условий облучения (температуры Т, напряженности электрического поля); - скорость инжекции электронов, а -дисперсионный параметр; кг - коэффициент объемной рекомбинации подвижных электронов с неподвижными дырками; кс - константа скорости захвата квазисвободных электронов на ловушки; А/о - суммарная концентрация ловушек, экспоненциально распределенных по энергии (£>0 и отсчитывается вниз от дна зоны проводимости); Иг-частотный фактор;

Окончательно получаем, что зависимость максимального значения поля от ^ (плотность тока инжекции электронов из космической плазмы) имеет вид:

а

и ос /1_Л — /1+<*

Гщ ■'О _ •'о

и согласуется с экспериментальными данными.

В главе представлен расчет полей в экранно-вакуумной теплоизоляции КА для условий наихудшего случая. Рассмотренные выше методы расчета электрических полей в облученных полимерах позволяют проследить кинетику накопления объемных зарядов и изменение во времени электрического поля как внутри облучаемого объекта, так и вне его.

В главе также показано, что благодаря наличию термоциклирования за время пребывания внешних диэлектрических покрытий на свету при температуре порядка плюс 80° С в промежутке времени между двумя суббурями происходит полный отжиг дозовых эффектов, полученных в результате прохождения очередной суббури на теневом секторе орбиты КА. Именно на этом участке траектории поверхностный потенциал внешних диэлектрических покрытий достигает своего максимального значения (порядка нескольких киловольт) вследствие резкого снижения как радиационной, так и собственной проводимостей. Наличие отжига дозовых эффектов позволяет несколько снизить этот поверхностный потенциал, но главное, что этим

достигается ограничение дополнительного снижения РЭ при последовательном прохождении ряда суббурь,

С точки зрения обеспечения работоспособности КА необходимо рассматривать ситуацию, при которой возможно однократное развитие ЭСР за время срока активного существования КА. Подробная информация, полученная из расчетов безопасных полей во внешних покрытиях КА, представляется важной, однако, в этом случае первичным является определение максимальных величин напряженности электрического поля в полимерных материалах поверхности КА, возникающих в наиболее опасном случае, и сопоставление их со значением критического поля, вызывающего ЭСР.

Максимальные значения полей могут быть получены из анализа натекания в облучаемый полимер и стока объемных зарядов. При этом натекание зарядов определяется током инжекции зарядов из космической плазмы в материал поверхности КА, а сток зарядов определяется величиной РЭ.

Наиболее опасным случаем, при котором будет происходить интенсивное натекание зарядов, сопровождающееся резким ростом заряжения материала, естественно, является суббуря в магнитосфере Земли, обуславливающая значительное повышение плотности потока заряженных частиц, направленного на поверхность полимера.

Наихудшие условия стока зарядов будут иметь место при нахождении КА в ночном секторе орбиты, или для элементов ЭВТИ, находящихся в тени за счет их экранировки от Солнца другими конструкциями КА. В этом случае температура участков ЭВТИ может опускаться до минус 120° С. При понижении температуры, РЭ полимеров, связанная с вкладом термализованных носителей заряда, генерированных электронами суббури, существенно уменьшается и уже не может служить эффективным каналом стока объемных зарядов. Развитие ЭСР в этих условиях представляется неизбежным.

Резкое снижение РЭ, обусловленной термализованными носителями заряда, в соответствии с моделью РФВ, объясняется тем, что при достаточно низких температурах носители заряда, захваченные на ловушки еще на этапе термализации, уже не могут высвобождаться с них и поэтому не дают вклада в РЭ.

Существенный момент, на который обращается внимание, заключается в том, что РЭ спадает не до нуля, как это можно было бы ожидать, а до вполне определенного минимального значения, названного в работе минимальной радиационной электропроводностью. Ограничивающим фактором здесь выступает проводимость за счет горячих, еще не термализованных электронов, возникающих в конце каскада размножения вторичных электронов, рожденных первичным электроном при его взаимодействии с материалом ЭВТИ.

Времена нарастания и спада минимальной радиационной электропроводности чрезвычайно малы и соизмеримы с временами термализации электронов (порядка нескольких пикосекунд), поэтому МРЭ составляет лишь часть мгновенной составляющей РЭ. Рассматривая электропроводность электронного газа в твердом теле, Вутен получил следующие оценки: длина свободного пробега горячего электрона 1,5 нм, его

подвижность (1-5) см2/Вс, а время жизни 210~15 с в проводящем состоянии. По оценке Вутена коэффициент Кр (выражение (1)) РЭ при импульсном облучении близок к (5-8)- 1(Г16. ОьГЧг'Гр^с. Эксперименты по изучению РЭ при низких температурах подтверждают приведенные выше значения и дают при температурах ниже минус 100° С для всех исследованных полимеров примерно одинаковое значение минимального коэффициента РЭ

5-Ю"16 OM-VYp-V

Теперь можно сформулировать принцип МРЭ, заключающийся в том, что все полимерные материалы при температурах минус 100° С и ниже имеют коэффициент РЭ не менее 5-1 (Г16 Ом~1м~1Гр~1с.

Ответ на вопрос, достаточна ли величина МРЭ в наихудшем случае для того, чтобы обеспечить сток зарядов с ЭВТИ и предотвратить развитие ЭСР, или нет, может быть получен при проведении расчетов электрических полей в ЭВТИ для наиболее опасного случая: мощная геомагнитная суббуря со средней мощностью дозы для спектра электронов на геостационарной орбите R = 5 Гр/с; низкая температура поверхности КА (минус 100° С и ниже). В этом случае имеем величину плотности тока инжекции Jo электронов из космической плазмы в ЭВТИ порядка 5-10~7 А/м2. Тогда согласно выражению (1) получаем величину МРЭ:

rmin =Kmi„-R; ymin =2,5-10-15Om-Vi.

Здесь следует отметить, что для МРЭ параметр А из выражения (2) всегда равен единице.

Из условия квазиравновесия процессов натекания и стока объемных зарядов в облучаемом полимере в соответствии с выражением (3) получаем уровень максимальной напряженности электрического поля, возникающего в материале ЭВТИ в результате заряжения (у переднего напыленного металлического слоя):

F = F = 2-108B/m.

Уmin

Как уже отмечалось ранее, уровень критического поля, при котором начинают возникать ЭСР в полимерных материалах поверхности КА, находящегося в околоземной космической плазме во время суббури равен 2-107 В/м. Мы видим, что полученное в работе максимальное значение 2-108 В/м электрического поля в ЭВТИ на порядок превышают уровень критического поля. Это позволяет сделать вывод о том, что даже специально отобранные полимерные материалы поверхности КА не могут обеспечить исключение ЭСР в натурных условиях наиболее опасного случая. В лучшем варианте эффективный полимерный материал способен лишь уменьшить частоту разрядов.

Таким образом, на первый план выходит задача моделирования процессов растекания тока по корпусу КА с целью последующего определения уровней ЭМП на входах БРЭА.

Третья глава посвящена изложению разработанной структурной электрофизической модели растекания токов по корпусу КА при ЭСР, а также методике расчета ЭМП во фрагментах БКС, проложенной по внешней поверхности КА.

Как было показано в предыдущей главе, полное исключение возникновения ЭСР путем подбора материалов внешней поверхности КА в настоящее время невозможно. Удается снизить частоту и мощность ЭСР, но не исключить их полностью. Поэтому необходимо принимать дополнительные меры для безотказной работы электроники КА, при воздействии на нее ЭСР.

Основными рецепторами импульсных помех от ЭСР являются фрагменты БКС, проложенные по внешней поверхности КА. Для расчета величины помех в БКС разработана СЭМ растекания токов по корпусу КА, программное 1 обеспечение (ПО) для ее реализации и алгоритм формирования на основе ; электрических схем, состоящих из фазовых параметрических макромоделей, значительно ускоряющий расчет. Принципы построения СЭМ КА базируются на представлении КА в виде эквивалентной электрической схемы из сосредоточенных /?, £ и С элементов (рис. 3, 4).

Для адекватности модели, необходимо выполнить следующее условие: геометрическая длина самого большого элемента должна быть меньше, чем самая малая длина волны, используемая в анализе. Для типичной формы импульса ЭСР, это подразумевает, что расстояние I между двумя последовательными узлами было не более 0,3 м (/ < Л/8), для того, чтобы | гарантировать соблюдение квазистатического допущения. Здесь I -наименьшая длина волны в спектре импульса ЭСР с длительностью переднего фронта 10 не. При этом ЭСР моделируется импульсным источником тока с типичными характеристиками (импульсный ток 100 А, время нарастания тока \ 10 не, спад тока 100 не), соответствующими натурным условиям.

Рис. 3. Преобразование геометрической модели поверхности КА в эквивалентную электрическую схему

и

Cjm2F_2_.GR

Рис. 4. Фрагмент структурной электрофизической модели с узлами, преобразованными из

координат вершин

Анализ СЭМ позволяет получить полную картину растекания токов по корпусу КА (рис. 5).

Рис. 5. Картина растекания токов по поверхности КА. Черной линией показан фрагмент

бортовой кабельной сети

Расчет картины растекания токов по поверхности КА можно разделить на три этапа: преобразование ЗВ модели КА в СЭМ, расчет переходных токов и обработка полученных результатов.

Наиболее сложным и трудоемким является расчет переходных токов.

Размерность СЭМ КА составляет сотни тысяч уравнений. Это приводит к таким затратам машинного времени, что расчет невозможно провести. Поэтому в диссертационной работе предложен алгоритм формирования СЭМ КА на

основе электрических схем, состоящих из фазовых параметрических макромодслей. Такой подход на два-три порядка снижает трудоемкость вычислений и затраты машинного времени.

Для реализации такого алгоритма необходимо решение вспомогательной задачи формирования модели схемы, состоящей из фазовых параметрических макромодслей.

В работе показано, что СЭМ КА состоит из п слабо связанных между собой подсхем и может быть сформирована в виде:

Аг (Р,&) 0 0 Ас У1

0 □ ':

': □ 0 =

0 о Ат(р,йп) Ас Хп Уп

Ас1 - Ап АЛРЛ) Хс Ус

Математическая модель каждой подсхемы, сформированная в расширенном однородном координатном базисе (РОКБ), представляет собой систему уравнений следующего вида

где ЛД-Р'й) - полиномиальная матрица (N¡x■N¡) первой степени, р -оператор Лапласа, <2; = (<7я,...,<7й )Г ~ вектор варьируемых параметров подсхемы, х1 - вектор искомых фазовых переменных, ^ - вектор входных возмущающих воздействий.

Идея фазовых параметрических макромоделей состоит в том, что такая макромодель каждой подсхемы, входит в состав модели в редуцированном виде:

А(рЛ) 0 0 Ас( 2) хп 'Уп

0 □ :

: 0 0 =

0 0 А(рА) Ас( 2) Х„2

4:1(2) Асп( 2) Ас(рЛ\ Уп 2.

Это возможно при условии использования общего для всех подсхем базового узла. Кроме этого, такая макромодель может быть предварительно построена независимо от других макромоделей, процесс их построения может быть параллельным при проектировании сложного объекта. При этом макромодели типовых элементов конструкций формируются только один раз и многократно используются в процессе проектирования КА.

В работе приведена сравнительная оценка трудоемкости методов анализа моделей. Ее результаты приведены на рис. 6 и показывают, что трудоемкость анализа модели, составленной из макромоделей, на 2-3 порядка ниже даже по

сравнению с трудоемкостью анализа модели с блочно-диагональной матрицей с двойным окаймлением.

Отношения трудоемкостей

п

Рис. 6. Результаты сравнительной оценки трудоемкостей методов анализа моделей

Таким образом, расчет картины растекания токов включает следующие основные этапы (рис. 7):

1. Построение трехмерной геометрической модели КА из базовых элементов.

Процесс моделирования начинается с выбора базовых геометрических примитивов, установки степеней дискретизации их поверхностей и задания их электрофизических свойств. Затем задается их ориентация в пространстве и производится стыковка элементов. Задачей этого этапа является представление всей конструкции КА в виде единой геометрической трехмерной сетки для ее дальнейшего преобразования в эквивалентную электрическую схему.

2. Построение СЭМ растекания токов по корпусу КА при ЭСР.

Узловым вопросом, связанным с выявлением поражающего воздействия ЭСР на БРЭА и БКС, является определение картины растекания токов и вероятного места ЭСР. Для определения наиболее вероятных мест возникновения ЭСР используются специальные расчеты, производимые в НИИЯФ МГУ.

Далее ЭСР представляется в виде сигнала импульсного источника тока с заранее заданными характеристиками, соответствующими параметрам реального разряда (разработанный в работе оригинальный испытательный генератор помех ИГП-2 «Дуга»). Данный источник подключался к точкам, между которыми возможно возникновение ЭСР. Затем с помощью модуля анализа электрических схем рассчитываются переходные токи по элементам поверхности.

Рис. 7. Схема этапов расчета переходных токов

3. Визуализация результатов расчетов картины растекания токов на пространственной модели КА и определение величины помех во фрагментах БКС.

Разработанная электрофизическая модель растекания токов по корпусу КА при ЭСР легла в основу предложенной методики расчета электромагнитных помех, возникающих на входах БРЭА (импульсные токи, протекающие по корпусу, интегрируются на экране фрагмента кабеля бортовой кабельной системы, наводят токи в жиле кабеля и развивают напряжение на входных сопротивлениях БРЭА). Перед расчетом ЭМП необходимо, используя инструменты, представленные в ПО модели, указать положение кабеля на поверхности модели КА.

Для реализации методики расчета ЭМП на входах БРЭА в работе было создано программное обеспечение, которое состоит из:

• программы расчета наводок во фрагментах бортовой кабельной сети космических летательных аппаратов;

• программы расчета величины помеховых сигналов во фрагментах бортовой кабельной сети космических летательных аппаратов.

Кроме этого использовались:

• трехмерный редактор КшсЬ'х ЗП МАХ 3.0;

• система расчета электрических схем Р8рюе.

При расчете используются коэффициенты трансформации тока, протекающего по элементам внешней поверхности КА в напряжение электромагнитной наводки во фрагментах БКС, получаемые экспериментальным путем с использованием предложенной методики, описанной в гл. 5. Разработаны программные средства расчета уровней ЭМП, автоматически учитывающие скин-эффект и использующие созданную базу данных по коэффициентам трансформации для более 20 типов штатных кабелей БКС конкретных КА. Использование экспериментально определяемых коэффициентов трансформации тока позволило на порядок уменьшить погрешность расчетов уровней электромагнитных помех по сравнению с чисто аналитическими методами расчета, в которых необходимо учитывать ряд трудно определяемых факторов.

Величина напряжений ЭМП во фрагментах БКС на входе БРЭА рассчитывается по выражению

где Ктр - коэффициент трансформации тока конкретного кабеля, /, - ток, протекающий в ¡-ой ветви СЭМ, /¡-длина ьой ветви.

Изложенный подход позволяет на этапе проектирования КА сформулировать технические требования, обеспечивающие стойкость к импульсным помехам электронных блоков, имеющих БКС, выходящую на внешнюю поверхность КА.

В четвертой главе рассмотрены теоретические и методические вопросы оценки стойкости БРЭА КА в условиях воздействия ЭСР; изложены системные аспекты их исследования; обоснованы методологические принципы анализа эффективности зашиты, которые включают основные понятия и определения, конкретизацию целей и задач оценки стойкости, состав и иерархию показателей стойкости, разработку структуры моделей, а также разработаны методы количественной оценки защиты БРЭА неоднородными электромагнитными экранами.

Дано формализованное описание разработанной унифицированной модели стойкости БРЭА КА в виде аналитических выражений, позволяющих в детерминировашюй и стохастической постановках оценивать закономерности изменения защищенности БРЭА КА в зависимости от условий воздействия ЭСР и используемых мер защиты.

Сформулирована обобщенная модель стойкости БРЭА КА, основной содержательный результат которой состоит в выявлении формализованной связи между целевой функцией БРЭА КА и уровнем ее стойкости, а также модель анализа стойкости важнейших целевых подсистем БРЭА КА, позволяющая установить частные по факторам и общие по их воздействию закономерности изменения показателей эффективности БРЭА КА в зависимости от стойкости при воздействии ЭСР.

Цели и задачи защиты аппаратуры вытекают из необходимости обеспечения целей и задач обеспечения стойкости, стоящих перед суперсистемой. Подобное представление обеспечения стойкости БРЭА КА позволяет оценивать эффективность средств защиты (качество функционирования) при помощи показателей эффективности двух групп: внешних и внутренних.

Внешние показатели отражают влияние функционирования защиты на эффективность системы более высокого уровня, являясь мерой вклада защиты в решение задач этой системой. Внутренние показатели позволяют оценивать эффективность защиты как самостоятельной системы, характеризуя степень выполнения задач, стоящих перед ней самой (отдельного способа защиты или их совокупности).

В соответствии с определением, внешний показатель представлен в виде приращения в абсолютной (4) или в относительной (5) форме показателя эффективности IV БРЭА КА:

п

Ш' = У/{А,Х,В,У)3-\^{А,Х,В,У)0, (4)

^у,^(А,Х,В,У)3-\У(А,Х,В,У) 0 \У(А,Х,В,У)3

гдеД^ = {ара2,...,а„} - вектор активных средств данной системы, в т.ч. и

защитных; Х^={х1,х2,...,хк} - набор некоторых величин, характеризующих

возможности действий системы (разбиение активных средств на функциональные группы, или номер того или иного способа использования активных средств); В(т) ={/;,, Ь2,..., Ьт } - вектор величин, описывающих поля ЭСР; У{д) = {у,, у2,..., у}

- вектор величин, характеризующих источники ЭСР; индексы «3» и «О» соответствуют случаям применения средств и методов защиты или их отсутствия.

Показатели ЛИ7' и (ЯУ есть меры полноты решения поставленных задач защищаемой системой при ее функционировании в условиях воздействия ЭСР, зависящие от свойств и характеристик защиты и показывающие вклад, вносимый системой защиты, в достижение целей суперсистемы. Эти показатели предлагается использовать и для сравнительной оценки уровней стойкости (вариантов защиты), а также для определения предельных требований по защищенности.

В работе показано, что математическая модель защищенности БРЭА КА может быть представлена функционалом, устанавливающим взаимосвязь между уровнями защищенности системы и ее элементов, а защищенность, в свою очередь, обуславливается различными по составу совокупностями мероприятий защиты. Структура и свойства системы характеризуются оператором Н, посредством которого каждой реализации воздействия х приводится в соответствие реализация поведения в. Математическая природа элементов обоих пространств произвольна: это могут быть числа, векторы, функции одной или нескольких переменных. Оператор Я задается уравнениями физики, электро- и радиотехники, а также соответствующими начальными и граничными условиями.

Множество состояний КА, допустимых с точки зрения нормального функционирования, образуют область допустимых значений О. Граница этой области соответствует предельным состояниям по стойкости (защищенности). Если в е. £2, то выходная характеристика аппаратуры находится в установленных пределах и является допустимой для нормального функционирования. Это позволяет установить связь между значениями х пространства входных параметров ЭСР - X и значениями пространства выходных параметров в и их допустимыми значениями О.

В качестве детерминированного показателя защищенности аппаратуры приняты максимальные значения воздействующих уровней ЭСР, при которых все определяющие параметры элементов в с заданной (требуемой) вероятностью сохраняются в пределах нормы при определенном уровне гарантии, что выходной параметр не будет превышать допустимый уровень с требуемой вероятностью.

Детерминированный подход позволяет в явном виде оценить и уровень защищенности, необходимый для удовлетворения предъявляемых требований,

через показатели защищенности по воздействующему параметру, расстоянию до источника ЭСР и времени его воздействия, соответственно. Для устранения влияния неопределенностей на результаты оценки используется вероятностный метод оценки результатов воздействия ЭСР.

Заключительным этапом вероятностного расчета является построение логических схем стойкости объектов, в которых реализуемые защитные мероприятия представляются в виде одного или нескольких защитных барьеров. Это топологическое описание развито при анализе системы экранирующих барьеров.

Поскольку компоненты БРЭА КА пространственно разнесены, оценка воздействия на них и их живучесть проведена независимо для каждого компонента, с последующим объединением следствий в общем показателе.

В главе представлен порядок определения амплитудно-временных параметров напряжений и токов на объекте воздействия.

Анализ различных схем разряда статического электричества, проведенный с точки зрения обеспечения стойкости БРЭА КА, показал, что наиболее опасной является ситуация, когда объект электризации и объект, на который происходит разряд, имеют общую точку и заземлены, что отвечает конструкции БРЭА. В работе предложена обобщенная модель заряда-разряда ЭСР, учитывающая изложенные в предыдущих разделах положения. В ней образование ЭСР имитируется источником высокого напряжения (ИВН) с внутренним сопротивлением /?,. Так как ток электризации составляет доли или единицы микроампер, значение И3 будет лежать в диапазоне 1-10 МОм. Ввиду большого значения И, зарядный контур на решение задачи практически не влияет. Вследствие этого общая эквивалентная схема разряда статического электричества примет вид, представленный на рис.8:

Рис. 8. Эквивалентная схема электростатического разряда: Со, £о> Яо -емкость, индуктивность и активное сопротивления объекта электризации, К -ключ, имитирующий пробой (контакт), Як-активное сопротивление ключа, /?у> = /?о + Ни, ¡--и -активное и индуктивное сопротивления объекта воздействия, 1р - токразряда

Переходные процессы в этой цепи, описываются дифференциальными уравнениями второго порядка. При апериодическом разряде объекта

электризации, т.е. когда Л > 2\]Ь/С, оценку амплитудно-временных параметров разрядного тока можно провести по следующим упрощенным формулам:

• длительность фронта импульса разрядного тока ^ = 2,2-1/Л;

• амплитуда импульса разрядного тока 1Рт = С/0 / Я, где Я и Ь - суммарные значения активного и индуктивного сопротивлений разрядного контура, ио -зарядное напряжение.

Для того, чтобы испытательная модель разряда охватывала все возможные на практике случаи и с вероятностью не менее 0,95 перекрывала их по спектрально-энергетическим характеристикам разряда, заданы следующие значения электрических параметров испытательной схемы: 110 = 300 кВ, С0 = 10000 пФ, = 1 кОм. Импульс разрядного тока на испытуемом объекте при этом будет описываться выражением:

0.1о°9-ьи {ехр(-2-1о7/)-ехр(-9'8-1о80]-

Нормируемые параметры разрядного импульса на испытуемом объекте следующие: 1Рт = 300 Л, < 5нс, и 1 мкс.

Разработанные методические основы электромагнитной стойкости БРЭА КА как сложной системы, позволяют применить топологический подход для выявления иерархий зон и средств защиты БРЭА К А от ЭСР. Поскольку экранирование является одним из эффективных средств обеспечения стойкости аппаратуры к ЭСР и одновременно существенно влияет на массогабаритные параметры К А, в работе этому средству защиты уделено особое внимание. На рис. 9 приведено обобщенное топологическое представление экранирующей системы БРЭА КА, заключенной в объеме, окруженном внешней поверхностью.

—<Тотки проникновения Заземление

Рис. 9. Топологическая модель системы экранирования бортовой радиоэлектронной аппаратуры: экран 1 - внешний экран

Формальный топологический подход описания системы экранирования применен: для описания системы и ее подсистем; для разработки требований к средствам электромагнитной защиты оборудования; для минимизации точек проникновения кабельных систем и формализации требований к ним.

Показано, что конфигурация системы (взаимное размещение оборудования, проводов и кабелей их соединяющих, а также положение всех компонентов системы относительно границ экранированных областей) должна быть скоординирована с проектными требованиями защиты оборудования, и

топология экранирования должна быть рациональной для определенной конфигурации, т.е. обеспечивать необходимый уровень защиты при минимальной стоимости проекта.

В работе развивается классическая теория электромагнитного экранирования однородными экранами, которая предполагает суммарный учет трех составляющих потерь электромагнитной энергии: на поглощение (А) в толще экрана, на отражение (R) от поверхности экрана и на повторные отражения (В) в экране. Переход от классического представления к неоднородным экранам, которые применяются в реальной БРЭА КА, проведен на основе введения вспомогательных коэффициентов, учитывающих работу апертур.

Для металлического листа с апертурами эффективность экранирования задана в следующем виде:

SaP = Лар + Кар + Вар + Кар1 + Кар2 + Кар з, дБ,

где: Aap- потери на поглощение; Rap - потери на отражение; Вар - поправочный коэффициент отражения; Кар1 - поправочный коэффициент числа отверстий; Карг - поправочный коэффициент проникновения поля на низких частотах; Кар3 - поправочный коэффициент объединения близко расположенных, отверстий.

В работе приведены соотношения для вычисления потерь на поглощение и отражение при частоте ниже частоты отсечки для различных апертур, а также для расчета всех приведенных выше коэффициентов.

В главе дано описание разработанной методики расчета неоднородных экранов, которые наиболее типичны для БРЭА. Неоднородности экранов существенно снижают их эффективность. Методика проиллюстрирована расчетом неоднородного экрана из листового материала, расположенного в дальней зоне, имеющего три области: сплошной материал, область с регулярным расположением круглых отверстий, область с регулярным расположением прямоугольных отверстий (рис. 10)

отверстиями, 3 - область с прямоугольными отверстиями

Для вычисления суммарной £г эффективности экранирования неоднородного экрана соответствующие эффективности экранирования переводятся в коэффициенты экранирования по формуле

К 105/2°'

а затем итоговая эффективность определяется по формуле

^ + X Карп ¡=1

. дБ,

где к - коэффициент экранирования сплошного экрана; карп - коэффициент экранирования в зоне п утечки; п - число зон апертур, вызывающих утечки.

При наличии области экрана с малой эффективностью экранирования в широком диапазоне частот суммарная эффективность экранирования будет соответствовать эффективности экранирования этой области.

В концепцию обеспечения стойкости БРЭА КА к воздействию ЭСР включены рекомендации по повышению проводимости (чем больше по площади проводящие поверхности, по которым протекает ток разряда, и чем меньше их поверхностное сопротивление, тем слабее сказывается деструктивное воздействие ЭСР) как металлических, так и неметаллических поверхностей. Среди возможных способов повышения проводимости рекомендованы электропроводящие краски и металлизация поверхностей. В главе дано обоснование применения этих покрытий и приведены практические рекомендации по их использованию. Дополнительно рассмотрена стойкость к внешним климатическим воздействиям различных покрытий, что является существенным для применения их в космических технологиях.

В пятой главе приведены основные результаты экспериментальных исследований по разрабатываемой проблеме обеспечения стойкости БРЭА КА к действию ЭСР. Эти исследования можно разделить на две группы:

• экспериментальные разработки, направленные на получение некоторых исходных данных, необходимых для повышения точности расчетов по СЭМ (гл. 3);

• экспериментальные исследования для подтверждения основных рекомендаций по обеспечению стойкости БРЭА.

В главе приведена методика экспериментального определения коэффициента трансформации тока, протекающего по элементам внешней поверхности КА в напряжение электромагнитной наводки во фрагментах БКС с помощью оригинального испытательного генератора помех ИГП-2 комплекса «ДУГА-МИЭМ». Внешний вид генератора и измерительного стенда комплекса приведены на рис.11, а вид его рабочего стола на рис. 12.

В работе проведены испытания более 20 типов фрагментов штатных кабелей БКС конкретных КА.

Для всех типов фрагментов штатных кабелей БКС определены коэффициенты трансформации тока, протекающего по элементам внешней поверхности КА, в напряжение электромагнитной наводки в кабеле и времена затухания помехи в 10 раз. Результаты испытаний помещены в специально

разработанную базу данных и используются при расчетах помех с учетом СЭМ растекания токов по корпусу КА.

Рис. 11. Внешний вид измерительного стенда комплекса «ДУГА-МИЭМ>

Рис. 12. Рабочий стол измерительного стенда комплекса «ДУГА-МИЭМ»

В главе разработаны методики стендовых испытаний экранирующих свойств корпуса КА к воздействию ЭСР на основе автономного испытательного генератора помех с калиброванными разрядниками. В их основе лежат характеристики экранирующих свойств КА при двух вариантах воздействия ЭСР: имитация ЭСР по разрядному контуру (схема на рис.13) и имитация ЭСР непосредственно по корпусу (схема на рис.14).

Испытания на стойкость к ЭСР проводятся с помощью имитатора ЭСР.

В качестве имитатора используется испытательный генератор помех ИГП-4 «Дуга-МИЭМ», имеющий батарейное питание и сменные разрядники -обострители фронтов испытательных импульсов. Сменные разрядники позволяют проводить испытания при напряжениях: 5, 10, 15, 20 кВ. Автономное питание ИГП-4 «Дуга-МИЭМ» позволяет исключить влияние питающей сети и повысить точность и воспроизводимость результатов.

-СХ

Отсек полезной нагрузки

ч

Корпус КА

ш,

-СХ -СХ -СХ

Вх.1 Вх.2 Вх.З Вх.4

Рис. 13. Схема измерения экранирующих свойств корпуса конкретного КА при имитации

ЭСР я о разрядному контуру: 1 —провод разрядного контура ИГП-4, И1...И4 — измерительные цепи, ДП1 ...ДПЗ -датчики электромагнитного поля, ИГП-4 - импульсный генератор помех, Т082014- цифровой запоминающий осциллограф

Рис. 14. Схема измерения экранирующих свойств корпуса конкретного КА при имитации ЭСР непосредственно по корпусу КА: А, Б - точки подключения электродов ИГП-4 к корпусу КА; 1,2 -проводразрядного контура ИГП-4; И1 ...И4 - измерительные цепи; Д1П...ДПЗ -датчики электромагнитного поля; ЙГП-2 - импульсный генератор помех; 7082014-цифровой запоминающий осциллограф

Цифровой осциллограф Т032014 ведет обработку информации по 4 каналам: 1 канал - датчик тока ИГП-4, 2, 3 и 4 каналы - датчики электромагнитного поля ДШ-ДПЗ, которые имеют одинаковые электрические характеристики.

Коэффициент экранирования электромагнитного импульса корпусом КА определялся по формуле:

К = (6)

где К - коэффициент экранирования; У/р - напряжение (максимальное значение) на выходе датчика электромагнитного поля ДПЗ; УД1:2 - напряжение (максимальное значение) па выходе датчиков электромагнитного поля ДШ или ДП2.

Расчет напряжения помех Уд^ в датчиках электромагнитного поля проводился по формуле

Уд\,2 ~ 2 ~ V» '

где Уд\,2 - напряжение (максимальное значение) на выходе измерительных цепей И2, ИЗ; Уи~ напряжение помех (максимальное значение осциллограммы) наведенных на кабель измерительной цепи. Результаты измерений представлены в табл. 2 и 3.

Таблица 2

Экспериментальные данные для расчета коэффициента экранирования при имитации ЭСР по

разрядному контуру

Параметр Канал

ДП1 ДП2 ДПЗ

Максимальные напряжения датчиков, В (Утл) +0,32; -0,4 +0,48; -0,52 -

Напряжение помех в измерительной цепи, В (Уи) +0,22; -0,16 +0,22; -0,16 -

Напряжения помех, В (Уди) +0,1; -0,24 +0,26; -0,36 -

Максимальное значение датчика электромагнитного поля, В (Кд,) 7 7 7

Коэффициент экранирования К (вычисляется по (6)) 29,2 19,4

Таблица 3

Экспериментальные данные для расчета коэффициента экранирования при имитации ЭСР по

корпусу КА

Параметр Канал

ДП1 ДП2 ДПЗ

Максимальные напряжения датчиков, В (Уд1л) +0,4; -0,48 +0,4; -0,48 -

Напряжение помех в измерительной цепи, В (Уи) +0,22; -0,16 +0,22; -0,16 -

Напряжения помех, В (Уд1,2) ■ +0,18; -0,32 +0,16;-0,32 -

Продолжение таблицы 3

Параметр Канал

ДП1 ДП2 ДПЗ

Максимальное значение датчика электромагнитного поля, В (Удз) б 6 6

Коэффициент экранирования К (вычисляется по (6)) 18,7 18,7

Проведенные эксперименты подтвердили расчетную методику оценки эффективности экранирования.

В главе изложена разработанная методика проведения стендовых испытаний на стойкость БРЭА конкретного КА к длительному периодическому воздействию ЭСР. Целью проведения испытания БРЭА конкретного КА является подтверждение устойчивости систем и приборов КА к помехам в БКС, вызываемым ЭСР.

Испытаниям подвергаются системы (приборы), входящие в состав КА, установленные на стенде - электроаналоге и предназначенные для работы в составе указанного стенда. Испытания проводятся при нормальных условиях, однако рекомендуются экранированные помещения с электромагнитными демпферами, которые применяются в безэховых камерах. Контрольно-измерительная аппаратура тщательно выбирается и экранируется от источника ЭСР, чтобы ее отклик на воздействие ЭСР не был принят за отклик изделия.

Изделие должно иметь изолированный источник питания. Провода от источника питания до изделия должны быть подвешены на некоторой высоте от земли с целью уменьшения паразитной емкости. Силовые провода должны быть экранированы, чтобы не воспринимать паразитных электромагнитных помех. Экраны следует заземлить только со стороны испытательного оборудования.

Для имитации полетных условий изделие необходимо изолировать от земли. Обычная практика испытаний требует хорошего соединения изделия с «землей» стенда. Компромиссом является заземление через сопротивление от 200 кОм до 2 МОм.

Если при испытаниях на стойкость к ЭСР существует паразитная емкость относительно «земли» стенда, она может изменить картину растекания токов по изделию от ЭСР. Для испытаний на воздействие ЭСР необходимо изготовить поддерживающую конструкцию на высоте 1,5 м от пола, которая обеспечит необходимую емкость изделия относительно земли.

При испытаниях необходимо руководствоваться уровнями воздействия, рассчитанными на основе модельных представлений взаимодействия изделия с околоземной космической плазмой. Исходной базой для определения уровней воздействия при испытаниях КА служат предоставленные результаты расчетов, выполненные в НИИЯФ МГУ, а также картина растекания токов по . поверхности изделия, рассчитанная по разработанной СЭМ.

Результаты испытаний фиксируются в протоколах испытаний. По окончании испытаний выпускается отчет с анализом результатов испытаний.

В главе представлена разработанная методика мониторинга стойкости БРЭА КА к воздействию ЭСР. На этапе проектирования КА невозможно провести расчеты для всех точек орбиты КА и случаев взаимного расположения изделия, Земли и Солнца и всех уровней геомагнитной обстановки для данной точки орбиты. Поэтому программное обеспечение, разработанное специалистами НИИЯФ МГУ и МИЭМ, находится в постоянной готовности после запуска конкретного КА в течение всего срока активного существования изделия. В случае возникновения аномалии в работе КА на орбите, НИИЯФ МГУ предсказывает места возможных разрядов, а МИЭМ проводит расчеты уровней помех на входах электронного блока, в работе которого зафиксированы аномалии. На основе полученных результатов проводится экспертиза, которая дает аргументированное заключение о причинах аномалии.

В настоящей методике аномалиями в работе КА считаются любые нарушения нормальной работы его систем, устройств и БРЭА (отказы, сбои, выходы параметров процессов за пределы допусковых границ рабочего диапазона и т.д.). В их число включаются также те, которые на момент фиксации не представляют непосредственной угрозы для выполнения целевой задачи КА.

Методика предназначена для подтверждения выполнения требований технического задания (ТЗ) по стойкости БРЭА КА к эффектам внешних воздействий, приводящим к статической электризации аппарата. Методика оценки эффектов воздействия статического электричества базируется на результатах лётных испытаний. Она основана на экспертно-статистическом анализе телеметрической информации о зарегистрированных в процессе летных испытаний нарушений стойкости электронной аппаратуры КА и идентификации тех из них, которые, с учетом накопленной мировой статистики, могут быть объяснены эффектами радиационной электризации.

Методика содержит дополнительный инструментарий в виде схем и процедур, позволяющих экспертной группе проанализировать результаты летных испытаний КА с учетом накопленного к моменту испытаний статистического материала по корреляционной связи между аномалиями в функционировании космических аппаратов и возможными эффектами их электризации. Её назначение - дать обоснованные доводы в заключение комиссии в пользу такой возможности, которые при отсутствии других, явно видимых причин, позволят отнести к источникам указанных аномалий ЭСР, с учетом телеметрической информации, полученной от датчиков бортовой системы контроля электризации. Методика может быть применена как к действующим КА, так и к проектируемым объектам, поскольку анализ стойкости функционирующих КА позволяет наметить проектные решения для перспективных разработок.

По результатам проведенного анализа аномалий в работе КА, при выявлении возможной связи их с эффектами электризации, в соответствии с

настоящей методикой, экспертной группой разрабатываются рекомендации в части:

• необходимости конструкторской доработки БРЭЛ КА и КА по дополнительным мерам обеспечения стойкости и защиты от факторов электризации;

• целесообразности оснащения перспективных КА дополнительными системами диагностики электростатической обстановки в ходе полета.

В состав методики входит анализ связи результатов измерений электрофизических параметров с хроникой геомагнитной активности.

Обобщая все вышеизложенное, можно констатировать, что настоящая методика позволяет решать следующие задачи:

• определить величину электромагнитных наводок в БРЭА и БКС КА от ЭСР;

• оценить достаточность уровня стойкости КА к воздействию статического электричества.

В заключении представлены основные результаты работы. В диссертационной работе решена актуальная научно-техническая проблема обеспечения стойкости бортовой радиоэлектронной аппаратуры КА к воздействию ЭСР, имеющая существенное значение для различных областей экономики и обороноспособности страны.

В ходе решения проблемы были получены следующие теоретические и практические результаты:

1. Развита теория радиационной электропроводности полимеров внешней поверхности КА и сформулирован принцип минимальной радиационной электропроводности полимеров, положенный в основу расчета величины электрического поля в экранно-вакуумной теплоизоляции КА в условиях наихудшего случая: сильная геомагнитная суббуря, низкая температура. Полученные результаты показали, что даже специально отобранные полимерные материалы поверхности КА не могут обеспечить исключение ЭСР в натурных условиях наиболее опасного случая, и легли в основу обоснования необходимости разработки структурной электрофизической модели КА.

2. Разработана структурная электрофизическая модель растекания токов по корпусу КА при ЭСР, отличающаяся структурой, позволяющей, за счет применения методов макромоделирования, существенно повысить размерность и точность решаемой задачи определения растекания токов в любой точке поверхности КА, и предложена методика расчета электромагнитных помех, возникающих на входах бортовой радиоэлектронной аппаратуры КА при воздействии ЭСР.

3. Разработаны методические и программные средства расчета токов растекания по корпусу КА и уровней электромагнитных помех, а также рекомендации по конструированию бортовой радиоэлектронной аппаратуры КА, стойкой к воздействию ЭСР, которые внедрены в практику создания перспективных КА.

4. Разработана методика экспериментального определения коэффициентов трансформации тока, протекающего по элементам внешней поверхности КА

в напряжение электромагнитной наводки во фрагментах бортовой кабельной сети; для решения этой задачи созданы оригинальные стенд и импульсный генератор.

5. Разработаны методические основы оценки стойкости бортовой радиоэлектронной аппаратуры к воздействию ЭСР с поверхности КА, которые легли в основу научно-обоснованных рекомендаций по обеспечению стойкости бортовой радиоэлектронной аппаратуры КА на схемно-техническом и конструкторском уровнях.

6. Развита теория электромагнитного экранирования неоднородными экранами, на основе которой создана инженерная методика расчета подобных экранов, что позволило существенно повысить точность определения эффективности экранирования электромагнитных полей, создаваемых ЭСР. Это в свою очередь привело к положительному эффекту при определении массо-габаритных показателей КА, поскольку масса экрана, связанная с эффективностью экранирования, является более обоснованной.

7. Разработаны методики проведения стендовых испытаний экранирующих свойств корпуса КА и стойкости бортовой радиоэлектронной аппаратуры к длительному периодическому воздействию ЭСР. Методики работают в двух вариантах: при имитации воздействия ЭСР на кабели, проложенные по поверхности КА, и при имитации воздействия ЭСР непосредственно на корпус.

8. Разработана методика мониторинга качества функционирования бортовой радиоэлектронной аппаратуры КА, находящейся под потенциальным воздействием ЭСР, которая позволяет:

• определить величину электромагнитных наводок в бортовой радиоэлектронной аппаратуре и бортовой кабельной сети КА от ЭСР;

• оценить достаточность уровня стойкости КА к воздействию статического электричества.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Соколов А.Б. Теверовский A.A. Методика контроля величины заряда на границе раздела полимер-кремний // Всесоюзный научно-технический семинар «Пути повышения стабильности и надежности микроэлементов и микросхем». Тезисы докладов. - Рязань, 1984. - 4.2. - С. 147.

2. Теверовский A.A., Соколов А.Б. Структура для измерения заряда на границе раздела полупроводник-полимер. A.c. 1302955 СССР. HOI 21\66-Опуб.1986.

3. Земцов В.П. Кошеляев Г.В. Соколов А.Б. Теверовский A.A. Анализ причин дрейфа параметров тиристорных фотоприемников // Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. - 1986. - Вып. 4(183). - С. 62-66.

4. Соколов А.Б., Новак В.Е. Установка для контроля качества защитных полимерных покрытий для высоковольтных полупроводниковых приборов // Материалы и приборы электронной техники. -Москва: Московский институт электронного машиностроения. - 1988. - С. 39-42.

5. Соколов А.Б., Кондратов П.Е., Мома Ю.А. Исследование нестабильности

обратного тока коллекторного перехода высоковольтных транзисторов в полимерных корпусах / Московский институт электронного машиностроения. - М. 1988. - 12 с. - Деп. в Информприборе № 4433-пр 88.

6. Соколов А.Б., Кондратов П.Е., Мома Ю.А. Механизм формирования тока обратносмещенного коллекторного перехода высоковольтных транзисторов / Московский институт электронного машиностроения. - М. 1988. - 11 с. -Деп в Информприборе 16.11.88. № 4432-пр 88.

7. Теверовский A.A. Зубрицкий А.Н. Иоселев O.K., Соколов А.Б. Измерительно-вычислительный комплекс для контроля дрейфа обратных токов р-n переходов полупроводниковых приборов при повышенных температурах // Электронная техника. Сер.2. Полупроводниковые приборы. -1989. - Вып. 4(201). - С. 43-48.

8. Кондратов П.Е., Мироненко J1.C., Соколов А.Б., Мома Ю.А. Электрические характеристики структур Me (a-CH)-Si // Научно-техническая конференция «Вакуумная наука и техника». Тезисы докладов. - Гурзуф, 1995. - М., МГИЭМ. -1995. - С.58

9. Кондрашов П.Е., Мироненко JI.C., Соколов А.Б., Баранов A.M. Исследование влагостойкости углеродных и алмазоподобных углеродных пленок // Научно-техническая конференция «Вакуумная наука и техника». Тезисы докладов, - Гурзуф, 1996. - М., МГИЭМ. -1996. - С.73.

Ю.Мома Ю.А., Мироненко Л.С., Соколов А.Б. Вольт-фарадные характеристики структур мегалл-углеродная пленка-кремний // Научно-техническая конференция «Вакуумная наука и техника». Тезисы докладов. - Судак, 2001. - М., МГИЭМ. - 2001. - С. 172-173.

Н.Лысенко А.П., Соколов А.Б. Влияние температуры на чувствительность датчика светового потока на биспин-структуре // Научно-техническая конференция «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления». Тезисы докладов. - Судак, 2002. - М., МИЭМ. -2002.-С.21.

12.Лысенко А.П., Соколов А.Б. Факторы, влияющие на степень нелинейности передаточной характеристики датчика светового потока на биспин-структуре // Научно-техническая конференция «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления». Тезисы докладов -Судак, 2002. - М., МИЭМ. - 2002. - С.22-23.

13.Быков Д.В., Соколов А.Б., Лысенко А.П. Кинетические исследования сорбции СО и Н2 ленточными газопоглотителями из сплава циаль II Материалы XI научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника». - Судак, 2004. - М., МИЭМ. - 2004. - С. 31-36.

14.Быков Д.В., Соколов А.Б., Лысенко А.П. Исследование кинетики взаимодействия водорода и окиси углерода с поверхностью гранулированного газопоглотителя // Материалы XI научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника». - Судак, 2004. - М., МИЭМ. -2004. - С. 36-41.

15.Быков Д.В., Соколов А.Б., Лысенко А.П. Взаимодействие водорода и окиси углерода с поверхностью гранулированного газопоглотителя // Вакуумная

техника и технология. - СПб., изд-во «Унивак». - 2005. - Том 15, №1. -С. 3-6.

16.Быков Д.В., Соколов А.Б., Лысенко А.П. Сорбция СО и Н2 ленточными газопоглотителями из сплава циаль // Вакуумная техника и технология. -СПб., изд-во «Унивак». - 2005. - Том 15, №1. - С. 7-9.

17.Соколов А.Б. Вакуумная установка для измерения радиационной электропроводности полимеров при их облучении электронами низких энергий // Материалы XIV научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника». - Сочи, 2007. - М„ МИЭМ. — 2007. - С. 327.

18.Дорофеев А.Н., Соколов А.Б., Саенко B.C. Расчет наводок во фрагментах бортовой кабельной сети космических летательных аппаратов // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2007614306 от 09 октября 2007 года. - Москва. - Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

19.Марченков К.В., Соколов А.Б., Саенко B.C. Расчет величины помеховых сигналов во фрагментах бортовой кабельной сети космических летательных аппаратов // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2007614835 от 23 ноября 2007 года. - Москва. - Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

20.Соколов А.Б. Роль радиационной электропроводности в снижении эффектов электризации внешних диэлектрических покрытий космического аппарата // Технологии электромагнитной совместимости. - Москва, изд-во ООО «Издательский Дом «Технологии». - 2008. - № 1(24). - С. 34-38.

21.Марченков К.В., Соколов А.Б., Саенко B.C., Пожидаев Е.Д. Новое поколение программного обеспечения «Satellíte-MIEM» для расчета наводок во фрагментах бортовой кабельной сети, проложенных по внешней поверхности космических аппаратов // Технологии электромагнитной совместимости. - Москва, изд-во ООО «Издательский Дом «Технологии». -2008.-№ 1(24).-С. 39-44.

22.Тютнев А.П., Соколов А.Б., Саенко B.C., Ихсанов Р.Ш., Пожидаев Е.Д. Физико-математическая модель радиационной электропроводности и электронного транспорта в полимерах // Материаловедение. - Москва, изд-во ООО «Наука и технологии». - 2008. - № 5(134). - С. 6-14.

23.Комягин С.И., Соколов А. Б. Требования по стойкости радиоэлектронной аппаратуры летательных аппаратов в условиях воздействия электростатических разрядов // Технологии электромагнитной совместимости. - Москва, изд-во ООО «Издательский Дом «Технологии». -2008.-№2(25).-С. 3-8.

24.Соколов А.Б., Саенко B.C. Моделирование изменений радиационной электропроводности полимеров внешней поверхности космических аппаратов при воздействии факторов космического пространства // Технологии электромагнитной совместимости. - Москва, изд-во ООО «Издательский Дом «Технологии». - 2008. - № 2(25). - С. 9-11.

25.Соколов А.Б., Тютнев А.П. Объемное заряжение полимеров в условиях воздействия факторов космического пространства // Технологии

электромагнитной совместимости. - Москва, изд-во ООО «Издательский Дом «Технологии». - 2008. - № 2(25). - С. 12-15.

26.Акбашев A.A., Кечиев JT.H., Соколов А.Б. Топологический подход к экранированию электронных средств летательных аппаратов // Технологии электромагнитной совместимости. - Москва, изд-во ООО «Издательский Дом «Технологии». - 2008. - № 2(25). - С. 16-18.

27.Акбашев A.A., Кечиев Л.Н., Соколов А.Б. Эффективность экранирования перфорированных экранов // Технологии электромагнитной совместимости. - Москва, изд-во ООО «Издательский Дом «Технологии». - 2008. - № 2(25). -С. 19-25.

28.Агапов В.В, Марченков К.В., Саенко B.C., Соколов А.Б. Устройство для определения коэффициента трансформации тока, протекающего по элементам внешней поверхности космического аппарата, в напряжение электромагнитной наводки во фрагментах бортовой кабельной сети // Патент на полезную модель №75477 от 10 августа 2008 года. - Москва. -Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

29.Соколов А.Б. Методы оценки электромагнитной стойкости летательных аппаратов // Электромагнитная совместимость и проектирование электронных средств. Сборник научных трудов. - Москва, МИЭМ. - 2008. -С. 12-19.

30.Комягин С.И., Соколов А. Б. Математическая модель электромагнитной стойкости // Электромагнитная совместимость и проектирование электронных средств. Сборник научных трудов. - Москва, МИЭМ. - 2008. -С. 19-21.

31.Агапов В.В., Саенко B.C., Соколов А.Б. Исследование эффективности экранирования помехового сигнала от электростатического разряда // Электромагнитная совместимость и проектирование электронных средств. Сборник научных трудов. - Москва, МИЭМ. - 2008. - С. 105-111.

32.Акбашев Б.Б., Кечиев JI.H., Соколов А.Б., Степанов П.В. Расчет многослойных магнитных экранов // Электромагнитная совместимость и проектирование электронных средств. Сборник научных трудов. - Москва, МИЭМ. - 2008. - С. 111-115.

33.Агапов В.В., Соколов А.Б., Саенко B.C. Экспериментальное определение эффективности экранирования фрагментов кабельных систем космических аппаратов // Радиационная физика твердого тела. Труды XVIII международного совещания. - Севастополь. 2008. - С. 378-382.

34.Марченков К.В., Соколов А.Б., Востриков A.B., Демиденко A.A. Оптимизация программного обеспечения «Satellite-MIEM» для расчета наводок во фрагментах бортовой кабельной сети космических аппаратов сложной геометрической формы // Радиационная физика твердого тела. Труды XVIII международного совещания. - Севастополь. 2008. - С. 383-389.

35.Соколов А.Б., Тютнев А.П. Расчет электрических полей в облучаемом диэлектрике // Сборник докладов десятой Российской научно-технической конференции по электромагнитной совместимости технических средств и

электромагнитной безопасности. ЭМС-2008. - СПб. - 2008. - С. 311-315.

36.Акбашев A.A., Кечиев JI.H., Соколов А.Б. Эффективность экранирования неоднородных экранов // Сборник докладов десятой Российской научно-технической конференции по электромагнитной совместимости технических средств н электромагнитной безопасности. ЭМС-2008. - СПб. - 2008. -С. 363-366.

37.Соколов А.Б., Саенко B.C. Воздействие факторов космического пространства на радиационную электропроводность полимера // Сборник докладов десятой Российской научно-технической конференции по электромагнитной совместимости технических средств и электромагнитной безопасности. ЭМС-2008. - СПб. - 2008. - С. 374-377.

38.Бабкин Г.В., Борисов Н.И., Марченков К.В., Саенко B.C., Соколов А.Б. Разработка алгоритма формирования структурной электрофизической модели космического аппарата на основе электрических схем, состоящих из фазовых параметрических макромоделей // Космонавтика и ракетостроение.

- Москва, ЦНИИмаш. - Вып. 3(52). -2008. - С.161-174.

39.Соколов А.Б., Марченков К.В. Программное обеспечение «Satellite-MIEM» для расчета наводок во фрагментах бортовой кабельной сети космических аппаратов, возникающих при электростатических разрядах // «Современные информационные технологии» «Contemporary information technologies». Труды международной научно-технической конференции. - Пенза. - Вып 7.

- 2008. - С. 28-32.

40.Исханов Р.Ш., Соколов А.Б., Марченков К.В. Моделирование радиационной электропроводности полимеров, используемых во внешних диэлектрических покрытиях космических аппаратов //Труды конференции «Радиационная стойкость электронных систем». Выпуск 11.. - МО, г. Лыткарино. - 2008. -С. 171-172.

41.Акбашев Б.Б., Соколов А.Б. Композиционные материалы для электромагнитного экранирования // Технологии электромагнитной совместимости. - Москва, изд-во ООО «Издательский Дом «Технологии». -2008. - № 3(26). - С. 42-53.

42.Акбашев Б.Б., Соколов А.Б. Электропроводящие покрытия для повышения эффективности экранирования // Технологии электромагнитной совместимости. - Москва, изд-во ООО «Издательский Дом «Технологии». -2008. - № 3(26). - С. 54-61.

43.Жаднов В.В., Полесский С.Н., Мальгин Ю.В., Якубов С.Э., Соколов А.Б. База данных по характеристикам надежности и качества электронно-вычислительных средств и комплектующих // Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2008620402 от 07 ноября 2008 года. - Москва. - Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

44.Пожидаев Е.Д., Саенко B.C., Тютнев А.П., Соколов А.Б. Экранно-вакуумная теплоизоляция космического аппарата // Патент на изобретение № 2344972 от 27 января 2009 года. - Москва. - Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

45.Агапов В.В., Востриков A.B., Саенко B.C., Соколов А.Б. Коэффициенты трансформации тока, протекающего по корпусу космического аппарата, в напряжение помех во фрагментах бортовой кабельной сети // Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2009620068 от 03 февраля 2009 года. - Москва. - Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

V

о

Подписано к печати" _14_" май 2009 г. Отпечатано в отделе оперативной полиграфии МИЭМ.

Москва, ул. М. Пионерская, д. 12. Заказ № 120 . Объем 2,0 п л. Тираж 120 экз.

Введение

1. Анализ проблемы воздействия на бортовую радиоэлектронную аппаратуру электростатических разрядов, возникающих на поверхности космических аппаратов при ее электризации

1.1. Проблема электризации космических аппаратов

1.2. Анализ типов ^разрядов, условий и параметров заряжения поверхности КА

1.3. Исследование электризации путем лабораторного моделирования

1.4. Анализ методик регистрации ЭСР

1.5. Особенности ЭСР при радиационном заряжении

1.6. Воздействие электростатических разрядов на бортовую радиоэлектронную аппаратуру

1.6.1. Модель электростатического разряда и параметры помеховых полей

1.6.2. Механизм помехообразования

1.6.3. Воздействие электростатических разрядов на кабельные сети

1.6.4. Помехи в блоке электроники, вызывающие сбои в работе или выгорание отдельных элементов

1.7. Определение цели и постановка задач работы

2. Анализ физических процессов электризации на внешней поверхности КА

2.1. Анализ радиационной электропроводности полимеров

2.1.1. Общая физическая картина

2.1.2. Прогнозирование радиационной электропроводности

2.2. Анализ внутренних и внешних полей в облучаемых полимерах

2.2.1. Классификация методов расчета

2.2.2. Равномерная высокоэнергетическая инжекция

2.2.3. Облучение полимера со стороны открытой поверхности

2.2.4. Расчет полей в ЭВТИ КА

2.2.5. Роль термоциклирования в снижении эффектов электризации внешних диэлектрических покрытий КА

2.3. Наихудший случай заряжения ЭВТИ КА и принцип минимальной радиационной электропроводности

Выводы

Научно-обоснованные рекомендации

3. Разработка структурной электрофизической модели растекания токов по корпусу КА при воздействии электростатических разрядов и методики расчета электромагнитных помех на входах БРЭА КА

3.1. Моделирование картины растекания токов по поверхности КА с помощью электрических цепей сосредоточенных элементов

3.2. Параметрическое моделирование элементов поверхности космического аппарата

3.3. Зависимость характеристик элементов СЭМ от параметров дискретизации геометрической модели КА

3.4. Разработка метода формирования структурной электрофизической модели КА на основе параметрических макромоделей

3.4.1. Построение модели схемы на основе редукции подсхем

3.4.2. Построение модели схемы с использованием макромоделирования

3.5. Оценки трудоемкости процесса анализа построенной модели

3.5.1. Анализ в частотной области

3.5.2. Трудоемкость анализа модели, состоящей из подсхем

3.5.3. Трудоемкость анализа модели, состоящей из макромоделей

3.6. Разработка методики расчета электромагнитных помех на входах БРЭА К А 125 Выводы 130 Научно-обоснованные рекомендации

4. Разработка методики оценки стойкости БРЭА КА к воздействию ЭСР и ее обеспечение на схемно-техническом и конструкторском уровнях 133 4.1. Элементы теории оценки стойкости БРЭА КА к воздействию ЭСР

4.2. Показатели стойкости БРЭА КА к воздействию ЭСР

4.3. Топологический подход к созданию средств защиты БРЭА КА от ЭСР

4.4. Разработка методики учета неоднородностей экранов БРЭА

4.4.1. Потери на поглощение и отражение зоны одиночной апертуры

4.4.2. Влияние группировки апертур

4.5. Методика расчета эффективности экранирования неоднородными экранами

4.6. Анализ методов повышения электропроводности поверхностей 170 Выводы 182 Научно-обоснованные рекомендации 183 5. Экспериментальные исследования и методы обеспечения стойкости БРЭА КА к воздействию ЭСР '

5.1. Разработка методики экспериментального определения коэффициента трансформации тока, протекающего по корпусу КА, в напряжение помехи во фрагментах БКС

5.2. Разработка методик и проведение стендовых испытаний экранирующих свойств корпуса КА к воздействию ЭСР

5.3. Разработка методики проведения стендовых испытаний оценки стойкости БРЭА КА к длительному периодическому воздействию ЭСР 197 •

5.4. Методика мониторинга стойкости БРЭА КА к воздействию ЭСР 202 Выводы 204 Научно-обоснованные рекомендации 205 Заключение 207 Дальнейшие направления исследований 210 Список использованных источников и литературы 211 Приложение

Актуальность проблемы. Увеличение ресурса эксплуатации космических аппаратов (КА) для успешного решения важных задач, стоящих перед экономикой страны является актуальной научно-технической проблемой. Для нового поколения КА рост отношения массы полезной нагрузки к общей массе КА сопровождается снижением помехозащищенности бортовой радиоэлектронной аппаратуры (БРЭА). Это связано в том числе и с тем, что расширение функциональных возможностей БРЭА (цифровые технологии, повышение тактовых частот обработки информации, расширение спектра обрабатываемых сигналов и т.п.) с одновременным уменьшением массо-габаритных показателей и снижением энергопотребления приводит к необходимости применения в ее составе новой элементной базы, к сожалению, более чувствительной к электромагнитным помехам (ЭМП). Все это создает сложную обстановку с позиций электромагнитной совместимости (ЭМС) приборов и узлов БРЭА, что, естественно, отражается на работоспособности самого КА.

Одной из наиболее сложных проблем в процессе создания работоспособных КА является обеспечение стойкости БРЭА К А к воздействию электростатических разрядов (ЭСР), являющихся следствием процессов электризации в условиях эксплуатации КА.

Процессы электризации (как внешней, так и внутренней) КА можно классифицировать по способу поражения как самих электронных блоков, так и элементов электронных схем [74]:

• разряды на поверхности КА, создающие импульсные помехи в бортовой кабельной сети (БКС), антеннах и датчиках, расположенных па внешней поверхности КА. Эти помехи поступают на входы электронных блоков и приводят к обратимым и необратимым отказам в работе электроники;

• разряды непосредственно в кабели, соединяющие между собой электронные блоки, антенны, датчики и панели солнечных батарей;

• разряды в проводники печатных плат блоков электроники (выводы интегральных схем, транзисторов, диодов и др.);

• разряды непосредственно в кристаллы полупроводниковых элементов из диэлектрических корпусов этих элементов.

Особую роль при этом играют процессы электризации поверхности КА, что вызывает электростатические разряды на поверхности блоков и кабельных систем. Электростатические разряды, возникающие вследствие дифференциальной зарядки летательного аппарата являются источниками электромагнитных помех, воздействующих на отдельные элементы и устройства и (или) бортовые системы в целом.

Разности потенциалов на поверхностях К А, находящихся на геостационарной орбите (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.

Электромагнитные помехи различной природы, вызванные ЭСР, могут приводить к нарушению режимов работы БРЭА в виде кратковременных сбоев и отказов, искажению информационных сигналов и сигналов управления, а в отдельных случаях и физическому повреждению бортовых устройств. Из-за высокой сложности реальных конструкций КА и их РЭА задача определения места разряда и его уровня достаточно сложна и на сегодняшний день не решена. 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 обеспечением стойкости РЭА КА к воздействию ЭСР не будет решена, то возможный ущерб от потери спутников по этой причине может многократно превосходить их стоимость.

В связи с этим существует настоятельная необходимость в проведении исследований в области обеспечения функциональной надежности БРЭА КА при их эксплуатации на геостационарной и высокоэллиптических орбитах. Именно для этих условий наиболее характерно заряжение внешней поверхности КА и возникновение ЭСР на элементах, узлах и кабельных соединениях БРЭА наиболее вероятно.

Многоэтапный процесс проектирования БРЭА современных КА в настоящее время невозможен без эффективных теоретических и экспериментальных методов исследования физических процессов возникновения ЭСР на борту КА, механизмов воздействий разрядов на БРЭА и отработки методов повышения стойкости аппаратуры в этих условиях.

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 развития различных областей экономики 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 были сформулированы и решены следующие задачи:

1. Развита теория радиационной электропроводности (РЭ) полимеров внешней поверхности КА и на этой основе сформулирован принцип минимальной радиационной электропроводности (МРЭ).

2. Разработана структурная электрофизическая модель (СЭМ) растекания токов по корпусу КА при воздействии ЭСР.

3. Разработаны методика расчета электромагнитных помех, возникающих на входе БРЭА КА при ЭСР, а также методические и программные средства расчета картины растекания токов по корпусу КА и уровней ЭМП на входах БРЭА КА, при воздействии ЭСР.

4. Разработана методика экспериментального определения коэффициента трансформации тока, протекающего по элементам внешней поверхности КА, в напряжение электромагнитной наводки во фрагментах БКС. Коэффициенты трансформации тока используются при расчете уровней ЭМП, возникающих на входах БРЭА КА при воздействии ЭСР.

5. Разработаны методические основы оценки стойкости БРЭА к воздействию электростатических разрядов с поверхности КА, которые легли в основу научно-обоснованных рекомендаций по обеспечению стойкости БРЭА КА на схемно-техническом и конструкторском уровнях.

6. Развита теория электромагнитного экранирования неоднородными экранами, на основе которой создана инженерная методика расчета подобных экранов.

7. Разработаны методики проведения стендовых испытаний экранирующих свойств корпуса КА.

8. Разработана методика проведения стендовых испытаний оценки стойкости БРЭА КА к длительному периодическому воздействию ЭСР.

9. Разработаны рекомендации по конструированию БРЭА КА, стойкой к воздействию ЭСР.

10. 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: 1. Принцип минимальной радиационной электропроводности полимеров, положенный в основу расчета напряженности электрического поля в экранно-вакуумной теплоизоляции КА в условиях наихудшего случая: сильная геомагнитная суббуря, низкая температура.

2. Структурная электрофизическая модель растекания токов по корпусу КА при ЭСР, основанная на представлении конструкции КА в виде эквивалентной схемы из й, £ и С элементов, и методика расчета ЭМП, возникающих на входах бортовой радиоэлектронной аппаратуры КА при воздействии ЭСР, с учетом большой размерности СЭМ за счет применения макромоделирования.

3. Методика экспериментального определения коэффициента трансформации тока, протекающего по элементам внешней поверхности КА, в напряжение электромагнитной наводки во фрагментах БКС.

4. Методика оценки стойкости БРЭА к воздействию ЭСР на поверхности К А и рекомендации по обеспечению стойкости БРЭА на схемно-техническом и конструкторском уровнях, включая методику проектирования неоднородных электромагнитных экранов.

5. Методики проведения стендовых испытаний экранирующих свойств корпуса К А и оценки стойкости БРЭА к длительному периодическому воздействию ЭСР.

Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:

1. На основе исследования РЭ полимеров сформулирован принцип минимальной радиационной электропроводности, положенный в основу расчета напряженности электрического поля в экранно-вакуумной теплоизоляции (ЭВТИ) КА в условиях наихудшего случая: сильная геомагнитная суббуря, низкая температура.

2. Разработана структурная электрофизическая модель растекания токов по корпусу КА при ЭСР, отличающаяся структурой, позволяющей за счет применения методов макромоделирования существенно повысить размерность и точность решаемой задачи определения растекания токов в любой точке поверхности КА, и предложена методика расчета ЭМП, возникающих на входах БРЭА КА при воздействии ЭСР.

3. Разработана методика экспериментального определения коэффициента трансформации тока, протекающего по элементам внешней поверхности КА в напряжение электромагнитной наводки во фрагментах БКС, отличающаяся применением автономного оригинального генератора, имитирующего реальные параметры ЭСР, что позволяет уменьшить погрешность расчетов уровней помех в два раза.

4. Предложена методика оценки стойкости БРЭА к воздействию ЭСР на поверхности КА, позволяющая получить научно-обоснованные рекомендации по обеспечению стойкости БРЭА на схемно-техническом и конструкторском уровнях, включая методику проектирования неоднородных электромагнитных экранов.

5. Предложены методики проведения стендовых испытаний экранирующих свойств корпуса КА и оценки стойкости БРЭА к длительному периодическому воздействию ЭСР, отличающиеся применением автономного генератора помех с калиброванными разрядниками, что позволяет исключить влияние питающей сети и повысить точность и воспроизводимость результатов испытаний.

Практическая полезность полученных результатов заключается в следующем:

1. Разработаны методические и программные средства расчета уровней ЭМП на входах БРЭА КА при ЭСР, возникающих на поверхности КА.

2. Разработаны оригинальное устройство для имитации воздействия ЭСР, соответствующих натурным условиям эксплуатации КА, и методика определения коэффициента трансформации тока на этом устройстве.

3. Созданы методики стендовых испытаний экранирующих свойств корпуса КА и оценки стойкости БРЭА КА к длительному периодическому воздействию ЭСР на основе автономного испытательного генератора помех с калиброванными разрядниками.

4. Разработаны практические рекомендации по конструированию БРЭА КА, стойкой к воздействию ЭСР, а также методика расчета неоднородных электромагнитных экранов БРЭА.

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

Приоритет практических решений подтвержден следующими патентами и свидетельствами:

1. Соколов А.Б., Теверовский A.A. Структура для измерения заряда на границе раздела полупроводник-полимер. А.с, 1302955 СССР. HOI 21\66-Опуб. 1986.

2. Соколов А.Б., Дорофеев А.Н., Саенко B.C. Расчет наводок во фрагментах бортовой кабельной сети космических летательных аппаратов. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2007614306 от 09 октября 2007 года.

3. Соколов А.Б., Марченков К.В., Саенко B.C. Расчет величины помеховых сигналов во фрагментах бортовой кабельной сети космических летательных аппаратов. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. № 2007614835 от 23 ноября 2007 года.

4. Соколов А.Б., Агапов В.В., Марченков К.В., Саенко B.C. Устройство для определения коэффициента трансформации тока, протекающего по элементам внешней поверхности космического аппарата, в напряжение электромагнитной наводки во фрагментах бортовой кабельной сети. Патент на полезную модель № 75477 от 10 августа 2008 года.

5. Соколов А.Б., Жаднов В.В., Полесский С.Н., Мальгин Ю.В., Якубов С.Э. База данных по характеристикам надежности и качества электронно-вычислительных средств и комплектующих. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2008620402 от 07 ноября 2008 года.

6. Соколов А.Б., Пожидаев Е.Д., Саенко B.C., Тютнев А.П. Экранно-вакуумная теплоизоляция космического аппарата. Патент на изобретение № 2344972 от 27 января 2009 года.

7. Соколов А.Б., Агапов В.В., Востриков A.B., Саенко B.C. Коэффициенты трансформации тока, протекающего по корпусу космического аппарата, в напряжение помех во фрагментах бортовой кабельной сети. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2009620068 от 03 февраля 2009 года.

Основные результаты в виде методов, методик, рекомендаций, инженерных методов расчетов внедрены на следующих предприятиях и в организациях:

• ФГУП «Московский научно-исследовательский радиотехнический институт» (МНИРТИ);

• Государственный космический научно-производственный центр (ГКНПЦ) им. М.В. Хруничева;

• ФГУП «Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина»;

• ОАО «Научно-производственное объединение «Лианозовский электромеханический завод»;

• Московский союз научных и инженерных общественных объединений (МОС СНИО);

• ГОУВПО «Московский государственный институт электроники и математики (технический университет)» (МИЭМ);

• ГОУВПО «Сибирский федеральный университет» (СФУ);

• ГОУВПО «Московский государственный институт радиоэлектроники и автоматики (технический университет)» (МИРЭА).

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на:

• Всесоюзном научно-техническом семинаре «Пути повышения стабильности и надежности микроэлементов и микросхем» (Рязань -1984 г.);

• Научно-технических конференциях «Вакуумная наука и техника» (Гурзуф - 1995, 1996 г.г.; Судак - 2001, 2004 г.г.; Сочи - 2007 г.);

• Научно-технической конференции «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления» (Судак - 2002 г.);

• XVIII международном совещании «Радиационная физика твердого тела» (Севастополь- 7-12 июля 2008 г.);

• Международной научно-технической конференции «Современные информационные технологии» (Пенза - 2008 г.);

• Конференции «Радиационная стойкость электронных систем» (МО, г. Лыткарино - 2008 г.);

• Десятой Российской научно-технической конференции по электромагнитной совместимости технических средств и электромагнитной безопасности. ВИТУ. (С.Петербург - 2008 г.).

Публикации. Результаты диссертационной работы отражены в 59 опубликованных работах, в числе которых 45 статей в журналах, сборниках статей, материалах конференций, 14 научно-технических отчетов, имеющих государственную регистрацию. В журналах, включенных в перечень ВАК, опубликовано 15 статей.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников и литературы и приложения. Диссертация содержит 236 страниц текста, 50 иллюстраций, 24 таблицы, список использованных источников и литературы из 146 наименований и приложение на 8 страницах.

Выводы

Разработаны методические основы оценки стойкости БРЭА к воздействию ЭСР с поверхности КА, которые легли в основу научно-обоснованных рекомендаций по обеспечению стойкости БРЭА КА на схемно-техническом и конструкторском уровнях.

Развита теория электромагнитного экранирования неоднородными экранами, на основе которой создана инженерная методика расчета подобных экранов, что позволило существенно повысить точность определения эффективности экранирования электромагнитных полей, создаваемых ЭСР. Это в свою очередь привело к положительному эффекту при определении массо-габаритных показателей КА, поскольку масса экрана, связанная с эффективностью экранирования, является более обоснованной.

Проведен анализ методов повышения электропроводности поверхности

КА.

Разработана унифицированная модель стойкости БРЭА КА и проведено ее формализованное описание в виде аналитических выражений, позволяющих в детерминированной и стохастической постановках оценивать закономерности изменения защищенности БРЭА КА в зависимости от условий воздействия ЭСР и используемых мер защиты.

Создана обобщенная модель защищенности БРЭА КА, основной содержательный результат которой состоит в выявлении формализованной связи между целевой функцией БРЭА КА и уровнем ее защищенности. Предложена модель анализа защищенности важнейших целевых подсистем БРЭА КА, позволяющая установить частные по факторам и общие по их воздействию закономерности изменения показателей эффективности БРЭА КА в зависимости от защищенности ее от ЭСР.

Научно-обоснованные рекомендации

1. Полученные аналитические зависимости, позволяющие рассчитывать параметры разрядного тока в моделях разряда, рекомендуется использовать при формулировании требований по стойкости бортовой радиоэлектронной аппаратуры на этапе ее конструирования и создания.

2. Топологический подход к созданию экранирующих систем, рассмотренный в работе, с точки зрения распределения значения общей эффективности экранирования на значения эффективности для каждого уровня экранирования, рекомендуется для использования на наиболее ранних стадиях концептуального проектирования РЭА и систем, что позволит успешно решать вопросы защиты электронного оборудования от воздействия ЭСР и обеспечит наибольшую рентабельность проекта.

3. Созданную инженерную методику расчета неоднородных экранов рекомендуется учитывать при1 формулировании требований по обеспечению помехозащищенности БРЭА КА на конструкторском и схемно-техническом уровнях и оценки общей эффективности экранирования, выбора вида экрана и его массо-габаритных параметров.

4. Полученное в работе [91] выражение для вероятности отказа КА из-за электромагнитного разряда рекомендуется использовать для оценки вероятности выполнения задач при воздействии ЭСР и обосновании требований по стойкости.

5. Для обеспечения стойкости БРЭА КА к воздействию ЭСР за счет повышения проводимости как металлических, так и неметаллических поверхностей рекомендуется обоснованное применение электропроводящих красок и металлизации поверхностей с учетом их стойкости к внешним климатическим воздействиям различных покрытий, что является существенным для применения их в космических технологиях.

5. Экспериментальные исследования и методы обеспечения стойкости БРЭА КА к воздействию ЭСР

В настоящей главе приведены основные результаты экспериментальных исследований и разработок по проблеме обеспечения стойкости БРЭА К А к действию ЭСР. Их можно разделить на две группы:

• экспериментальные разработки, направленные на получение значений коэффициента трансформации тока в напряжение электромагнитной наводки для различных типов кабелей, используемых в БКС КА. Эги значения используются в структурной электрофизической модели растекания токов по корпусу КА и необходимы для существенного повышения точности расчетов (см. главу 3);

• экспериментальные исследования и разработка стендовых испытаний экранирующих свойств корпуса КА и стойкости БРЭА к длительному периодическому воздействию ЭСР конкретного КА, подтверждающие эффективность основных предложенных рекомендаций по обеспечению стойкости БРЭА.

Основные научные результаты, полученные автором, опубликованы в работах [14, 61, 38, 136-143]. В них освещаются проблемы экспериментальных исследований и оценки стойкости компонентов, узлов и аппаратуры КА, начиная от элементной базы и кончая завершенными конструкциями.

5.1. Разработка методики экспериментального определения коэффициента трансформации тока, протекающего по корпусу КА, в напряжение помехи во фрагментах БКС

Испытания бортовой кабельной сети проводятся с помощью испытательного генератора помех ИГП-2 "ДУГА-МИЭМ". Объектом испытаний являются: кабельные системы, размещаемые на выносном столе ИГП-2 "ДУГА-МИЭМ". ИГП-2 работает в автономном режиме с частотой зондирующих токовых импульсов 1-2 Гц. Характеристики имитируемых параметров разряда, воспроизводимых ИГП-2, следующие:

• амплитуда тока в разряде от 10 А;

• длительность токового импульса 450 не;

• длительность нарастания фронта импульса тока по уровню 0,5 амплитудного значения 3,0 не.

Внешний вид измерительного комплекса ИГП-2 «ДУГА-МИЭМ» представлен на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Внешний вид измерительного комплекса «ДУ1 'Л -МИОМ»

Рабочий стол для испытания кабельных систем с размещенным на нем кабелем приведен на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Рабочий стол измерительного стенда для испытания на электростатическую чувствительность кабельных систем

Ьлок питания задающего генератора ИГП-2 размещается на любом расстоянии от выносного стола в пределах длины соединительного кабеля. Кабель размещается на выносном столе прибора так, чтобы его середина располагалась вблизи геометрического центра стола, и плотно прижимается к поверхности стола тремя прижимными диэлектрическими планками. Заземление кабельных систем на поверхности стола осуществляется на любом из четырех углов стола винтами.

Измерение электрических характеристик возникающих помех в исследуемых кабельных системах проводится оператором с использованием осциллографа Tektronix.

Способы подключения кабельных систем к эквивалентам нагрузки, значение сопротивлений последних, способы размещения систем, а также конкретные варианты конструктивного выполнения кабельных систем выбираются по согласованию с заказчиком. Нагрузочные сопротивления ОМЛТ-ОД25 номиналов: 50 Ом, 1 кОм, 1 МОм. Для обеспечения экранировки нагрузочных сопротивлений и мест присоединения последних к кабельным системам, нагрузочные сопротивления размещались в специальных экранах, подсоединенных к штатным разъемам кабельных систем.

Испытания фрагментов БКС проводятся по одной или нескольким типовым схемам включения кабельных систем. Проведение испытаний фрагментов БКС на стойкость к воздействию ЭСР проводится в изложенной ниже последовательности.

Фрагменты БКС, подлежащие испытаниям, должны иметь длину не менее 2 м. Такой фрагмент БКС укладывается на стол-излучатель прибора ИГП-2 "ДУГА-МИЭМ" как указанно выше. Этот фрагмент с одной стороны нагружается на активное сопротивление номиналом 50 Ом, 1 кОм, 1 МОм. Другая сторона подключается через переходник к измерительному кабелю осциллографа Tektronix. При измерениях места подключения сопротивления нагрузки и переходника должны располагаться не ближе 0,8 м от стола-излучателя.

Если длина фрагмента БКС менее 2 м, необходимо принимать меры защиты от проникновения помехового сигнала индуктивным путем через сопротивление нагрузки и переходник. Для этого в качестве оснастки используются специальные экранирующие стаканы, исключающие указанные индуктивные наводки.

После экранирования концов фрагментов БКС при длине менее 2 м или после подключения сопротивления нагрузки и переходника при длине фрагмента БКС более 2 м производится измерение напряжения помех в кабеле при значении тока, протекающего по столу-излучателю 10 А.

Кроме измерения с помощью осциллографа Tektronix максимальной амплитуды помехи, измеряется также время ее затухания до значения, равного 10 % от максимального значения. Результаты измерений заносятся в базу данных.

Результаты проведенных исследований по измерению уровней электромагнитных помех в коаксиальном кабеле типа РК-50 и коэффициентов трансформации Ктр тока, протекающего по корпусу, приведены в табл. 5.1.

Заключение

В диссертационной работе решена актуальная научно-техническая проблема обеспечения стойкости бортовой радиоэлектронной аппаратуры КА к воздействию ЭСР, имеющая существенное значение для различных областей экономики и обороноспособности страны. Разработанный единый методологический комплекс принципов, математических моделей, критериев, методик, методов и алгоритмов позволяет реализовать на промышленных предприятиях новую технологию концептуального проектирования, повысить за счет этого обоснованность и качество принимаемых проектных решений, сократить сроки начальных стадий проектирования, суммарные затраты на создание КА и адекватно разрешить актуальные требования практики, направленные на разработку КА стойких к воздействию ЭСР.

В ходе решения проблемы были получены следующие теоретические и практические результаты:

1. Развита теория радиационной электропроводности полимеров внешней поверхности космического аппарата и сформулирован принцип минимальной радиационной электропроводности полимеров, положенный в основу расчета величины электрического поля в экранно-вакуумной теплоизоляции космического аппарата в условиях наихудшего случая: сильная геомагнитная суббуря, низкая температура. Полученные результаты показали, что даже специально отобранные полимерные материалы поверхности космического аппарата не могут обеспечить исключение электростатических разрядов в натурных условиях наиболее опасного случая, и легли в основу обоснования необходимости разработки структурной электрофизической модели космического аппарата.

2. Разработана структурная электрофизическая модель растекания токов по корпусу КА при электростатических разрядах, учитывающая электрофизические свойства материалов обшивки, основанная на представлении конструкции КА в виде эквивалентной схемы из £ и С элементов. Отличительной особенностью модели является возможность расчета эквивалентных схем с числом узлов, доходящим до 106, на обычных персональных компьютерах. Указанная производительность достигнута за счет применения методов макромоделирования.

3. Разработана методика расчета уровней электромагнитных помех, возникающих на входах бортовой радиоэлектронной аппаратуры КА при воздействии электростатических разрядов. При расчете используются коэффициенты трансформации тока, протекающего по элементам внешней поверхности КА в напряжение электромагнитной наводки во фрагментах бортовой кабельной сети, получаемые экспериментальным путем. Использование экспериментально определяемых коэффициентов трансформации тока позволило на порядок уменьшить погрешность расчетов уровней электромагнитных помех по сравнению с чисто аналитическими методами расчета.

4. Разработаны методические и программные средства расчета картины растекания токов по корпусу КА и уровней электромагнитных помех на входах бортовой радиоэлектронной аппаратуры КА.

5. Разработаны методические основы оценки стойкости бортовой радиоэлектронной аппаратуры к воздействию электростатических разрядов с поверхности КА, которые легли в основу научно-обоснованных рекомендаций по обеспечению стойкости бортовой радиоэлектронной аппаратуры КА на схемно-техническом и конструкторском уровнях.

6. Развита теория электромагнитного экранирования неоднородными экранами, на основе которой создана инженерная методика расчета подобных экранов, что позволило существенно повысить точность определения эффективности экранирования электромагнитных полей, создаваемых электростатическими разрядами. Это в свою очередь привело к положительному эффекту при определении массо-габаритных показателей КА, поскольку масса экрана, связанная с эффективностью экранирования, является более обоснованной. Проведен анализ методов повышения электропроводности поверхности КА.

7. Разработана методика экспериментального определения коэффициентов трансформации тока, протекающего по элементам внешней поверхности КА в напряжение электромагнитной наводки во фрагментах бортовой кабельной сети; для решения этой задачи созданы оригинальный стенд и оригинальный импульсный генератор.

8. Разработаны методики проведения стендовых испытаний экранирующих свойств корпуса КА к воздействию электростатических разрядов. Испытания проводятся в двух вариантах: имитация воздействия электростатических разрядов на кабели, проложенные по поверхности КА, и имитации воздействия электростатических разрядов непосредственно на корпус. Проведенные эксперименты подтвердили правильность расчетной методики оценки эффективности экранирования.

9. Разработана методика проведения стендовых испытаний оценки стойкости бортовой радиоэлектронной аппаратуры конкретного КА к длительному периодическому воздействию электростатических разрядов.

10. Разработана методика мониторинга качества функционирования бортовой радиоэлектронной аппаратуры КА, находящейся под потенциальным воздействием электростатических разрядов.

11. Переданы в эксплуатацию в ряд организаций методические и программные средства расчета картины растекания токов по корпусу КА и уровней электромагнитных помех на входах бортовой радиоэлектронной аппаратуры КА при воздействии электростатических разрядов, методики и рекомендации по построению КА с учетом обеспечения их стойкости в условиях воздействия ЭСР. Полученные в диссертационной работе результаты в методологическом аспекте обладают большой инвариантностью и предназначены для использования в практике конструирования широкого класса систем. Разработанные технические средства и методы проведения испытаний бортовой аппаратуры и бортовой кабельной сети нашли применение и внедрены на предприятиях космической отрасли.

Дальнейшие направления исследований

Дальнейшие направления исследований связаны с работами по развитию теории радиационной электропроводности; исследованиями и подбором диэлектрических материалов поверхности КА, оптимально обеспечивающих стойкость бортовой радиоэлектронной аппаратуры к электростатическим разрядам; разработкой новых методов моделирования, обеспечивающих расчет сложных конструкций КА; повышением эффективности, точности и достоверности испытаний по оценки стойкости бортовой радиоэлектронной аппаратуры КА за счет усовершенствования методик, выбора и применения измерительной аппаратуры, разработки нового программного обеспечения.

1. Purvis С.К., Garrett Н.В., Whittlesey A.C., Stevens N.J. Desing Guidelines for Asserssing and Controlling Spacecraft Charging Effects / NASA-TR-2361. 1984. Per № 04509243 (Перевод № 21-86. 1986).

2. Rosen A. Spacecraft Charging by Magnetospheric Plasmas // IEEE Trans. Nucl. Sei. 1976. V. 23. № 6. P. 1762 1768.

3. Акишин А.И. Разрядные и синергические явления в облученных диэлектриках могут дестабилизировать космическое и термоядерное оборудование: Препринт 97-16/467. М.: НИИЯФ МГУ, 1997. 31 с.

4. Акишин А.И., Новиков J1.C. Электризация космических аппаратов. М.: Знание, 1985. Сер. Космонавтика, астрономия. № 6. 73 с.

5. Милеев В.Н., Новиков Л.С. Физико-математическая модель электризации ИСЗ на геостационарной и высокоэллиптических орбитах

6. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1989. Вып. 86. С. 64 98.

7. Кириллов В.Ю. Электромагнитная совместимость элементов и устройств бортовых систем летательных аппаратов при воздействии электростатических разрядов: дис. на соискание уч. ст. докт. техн. наук: 05.13.05: защищена 22.04.02. М.: МАИ, 2002. 293 с.

8. Земцов В.П., Кошеляев Г.В., Соколов А.Б., Теверовский A.A. Анализ причин дрейфа параметров тиристорных фотоприемников // Электронная техника. Сер. 2, Полупроводниковые приборы. 1986. Вып. 4(183). С. 62-66.

9. Соколов А.Б. Роль радиационной электропроводности в снижении эффектов электризации внешних диэлектрических покрытий космического аппарата // «Технологии электромагнитной совместимости». 2008. № 1(24). С. 34-38.

10. Тютнев А.П., Соколов А.Б., Саенко B.C., Ихсанов Р.Ш., Пожидаев Е.Д. Физико-математическая модель радиационной электропроводности и электронного транспорта в полимерах // «Материаловедение». 2008. №5(134). С. 6- 14.

11. Соколов А.Б., Тютнев А.П. Объемное заряжение полимеров в условиях воздействия факторов космического пространства // «Технологии электромагнитной совместимости». 2008. № 2(25). С. 12 15.

12. Хилл Дж. Р., Уиппл Э.К. Электризация больших конструкций в космосе применительно к проблеме космических полетов с солнечным парусом // Аэрокосмическая техника. 1986. № 3. С. 122.

13. Тютнев А.П., Ванников A.B., Мингалеев Г.С., Саенко B.C. Электрические явления при облучении полимеров. М.: Энергоатомиздат, 1985. 176 с.

14. Gaines Е.Е., Nightingale R.W., Jmhof W.L. and Reagan J.B. Enhanced Radiation Doses to High-Altitude Spacecraft During June 1980 // IEEE Trans. Nucl. Sei. 1981. V. NS-23. № 6. P. 4502 4504.

15. Spacecraft charging techology Conf. Eds. / C.P. Pike and R.P. Lowell // NASA-7553/TR-77-0051. 1977.

16. Антонов B.M., Пономаренко А.Г., Графодатский O.C., Исляев Ш.Н. Исследования электризации моделей космических аппаратов влабораторных условиях // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1989. Вып. 86. С. 45 63.

17. Balmain K.G., Orazag М., Kremer P. Surface discharges on spacecraft dielectrics in a scanning electron microscope. Spacecraft charging by magnetospheric plasmas / Ed. A. Rosen // Progress in Astronautics and Aeronautics. 1976. V. 47. P. 213 223.

18. Fujii Н., Shibya J., Abe Т., Kasai R., Nishimoto H. Electrostatic charging and arc discharges on satellite dielectrics simulated by electron beam // J. Spacecraft and Rockets. 1988. V.25. № 2. P. 156- 161.

19. Garrett H.B. The Charging of Spacecraft Surfaces // Review of Geophysics and Space Physics. 1981. V. 19. № 4. P. 577-616.

20. Verdin D. Electrostatic discharging behaviour of Kapton irradiated with electrons // Spacecraft Charging technology Conf. / Eds. N.J. Stevens and C.P. Pike // NASA Conf. Publ. 2182/AFGL-TR-81-0270. 1981. P. 96 114.

21. Тютнев А. П., Ванников А. В., Мингалеев Г. С. Радиационная электрофизика органических диэлектриков. М.: Энергоатомиздат, 1989. 192 с.

22. Garrett Н.В., Whittlesey А.С. Spacecraft charging, an update // Plasma Science, IEEE Transactions on. 2000. V. 28, №6. P. 2017 2028. ISSN:0093-3813.

23. Nanevicz J.E., Adamo R.C. Malter discharges as a possible mechanism resonsible for noise pulses observed on synchronous-orbit satellites // Progress in Astronautics and Aeronautics. 1976. V. 47. P. 247 261.

24. Gross В., Giacometti J.A., Leal Ferrera G.F. Charge storage and related phenomena in irradiated polymers // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1981. V. NS-28. №6. P. 4513 -4522.

25. Flanagan T.M., Denson R., Mallon C.E., Treadaway M.J., Wenaas E.P. Effect of laboratory simulation parameters on spacecraft dielectric discharges // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1979. V. NS-26. № 6. P. 5134 5140.

26. Balmain K.G., Dubois G.R. Surfase discharges on Teflon, Mylar and Kapton // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1979. V. NS-26. № 6. P. 5144 5151.

27. Ушаков В.Я. Импульсный электрический пробой жидкостей. Томск: изд-во Томского ун-та, 1975. 256 с.

28. Fitzpatrick G.J. Prebreakdown cathode processes in liquid hydrocarbons // IEEE Trans. Electr. Tnsul. 1987. V. 22. № 4. P. 453 458.

29. Ушаков В.Я. Электрическое старение и ресурс монолитной полимерной изоляции. М.: Энергоатомиздат, 1988. 152 с.

30. Бугаев С.П., Месяц Г.А. Импульсный разряд в диэлектриках. Новосибирск: Наука, 1985. С. 4 24.

31. Месяц Г.А., Проскуровский Д.И. Импульсный электрический разряд в вакууме. Новосибирск: Наука, 1984. 256 с.

32. Miller Н.С. Surface flashover of insulators // IEEE Trans. Electr. Insul. 1989. V. 24. № 4. P. 765 786.

33. Asoran Т., Sudarshan T.S. Streak photography of the dynamic-electrical discharge behaviour on insulator surface in vacuum // IEEE Trans. Diel. And Electr. 1993. V. 28. № 4. P. 101 110.

34. Хамидов H.A. Электрический разряд вдоль поверхности твердых диэлектриков в вакууме. Ташкент: ФАН, 1985. 258 с.

35. Miller Н.С. Flashover of insulators in vacuum // IEEE Trans. Diel. And Electr. 1993. V. 28. № 4. P. 512 527.

36. Woods A.J., Wenaas E.P. Spacecraft discharge electromagnetic interference coupling models // J. Spacecraft and Rockets. 1985. V. 22. № 3. P. 265 281.

37. Евдокимов О.Б. Радиационная стойкость органических материалов: обзорная информация. М.: НИИТЭХИМ, 1979. С. 1 22.

38. Евдокимов О.Б., Гусельников В.Н. Феноменологическая модель накопления объемного заряда в диэлектриках, облучаемых быстрыми электронами // Химия высоких энергий. 1974. Т. 8. С. 423 427.

39. Боев С.Г., Ушаков В.Я. Радиационное накопление заряда в твердых диэлектриках и методы его диагностики. М.: Энергоатомиздат,1991. 237 с.

40. Tyutnev А.Р., Mingaleev G.S., Saenko V.S., Pozhidaev E.D., Akkerman A.F. Bulk charging of dielectrics films by low energy electrons // Phys: stat. sol. (a). 1982. Vol.73. № 1. P. 361 366.

41. Кечиев J1.H., Пожидаев Е.Д. Защита электронных средств от воздействия статического электричества. М.: Изд. Дом «Технологии», 2005. 352 с.

42. Тютнев А. П., Сулейманян Г.А., Саенко B.C., Случанко Л. К., Пожидаев Е.Д. Исследование воздействия потока электронов на диэлектрическиематериалы // Электронная техника. Сер. I, Электроника СВЧ. 1982. Вып. 2 (338). С. 3 6.

43. Тютнев А. П., Мингалеев Г.С., Сулейманян Г.А., Саенко B.C., Гостев И.М., Пожидаев Е.Д. Анализ заряжения полимеров низкоэнергетическими электронами с учетом влияния наведенной электропроводности: сб. науч. тр. М.: ВНИИЭМ, 1982. Т. 69. С. 78 87.

44. Гибрехтерман A.JL, Мингалеев Г.С., Тютнев А. П., Саенко B.C., Аккерман А.Ф. Обратимое рассеяние электронов, падающих изотропно на различные мишени // Изв. АН Казах. ССР. Сер.физ.-мат. 1982. № 4. С. 36-40.

45. Тютнев А.П., Саенко B.C., Мингалеев Г.С., Пожидаев Е.Д. Накопление объемных зарядов в полимерных материалах при их облучении электронами низких энергий в вакууме // Высокомолек. соед. 1983. Т.25А. № 5. С. 1042 1049.

46. Тютнев А. П., Мингалеев Г.С., Саенко B.C., Карпечин А.И. Накопление объемных зарядов в диэлектриках при их облучении пучками электронов // Электронная техника. Сер. I, Электроника СВЧ. 1982. Вып. 3 (351). С. 15 18.

47. Бабкин Г.В., Тарасов В.Н., Саенко B.C., Пожидаев Е.Д. Карпечин А.И. Роль радиационной электропроводности в процессах объемной зарядки диэлектриков // Первая межотраслевая НТ конференция: тез. докл. / ЦНТИ «Поиск», ГОНТИ-1, 1985. Ч. 2. С. 84 88.

48. Пожидаев Е.Д., Саенко B.C. Материаловедческие аспекты конструирования ОИС СВЧ, стойких к воздействию радиации // Школасеминар по объемным интегральным схемам (ОИС): сб. лекций / Тбилиси: Изд. ГПИ, 1988. С. 14 20.

49. Соколов А.Б. Методы оценки электромагнитной стойкости летательных аппаратов // Электромагнитная совместимость и проектирование электронных средств: сб. пауч. тр. / Моск. гос. ип-т электроники и математики. М.: МИЭМ, 2008. С. 12 19.

50. Структура для измерения заряда на границе раздела полупроводник-полимер: а.с. 1302955 СССР: HOI 21\66 / A.A. Теверовский, А.Б. Соколов (СССР). № 3722661; заявл.30.03.84; опуб.08.12.86.

51. Акишин А.И., Новиков Л.С. Физические процессы на поверхности искусственных спутников Земли. М.: Изд-во МГУ, 1987. 89 с.

52. ЦНИИ машиностроения; руководство для конструкторов. Моск. обл.: ЦНИИМАШ, 1995. 159 с.

53. Новиков J1.C. Физические механизмы радиационной электризации космических аппаратов // Космонавтика и ракетостроение. 2003. Т. 1. №30. С. 15-24.

54. Акишин А.И., Новиков J1.C. Имитация радиационных эффектов от воздействия космических излучений. М.: Изд-во МГУ, 1989. 87с.

55. Вайсберг С.Э. Радикальная полимеризация // Радиационная химия полимеров / Под. ред. В.А.Каргина. М.: Наука, 1973. С. 376 443.

56. Горячева Г.А., Шапкин A.A., Ширшев Л.Г. Действие проникающей радиации на радиодетали. М.: Атомиздат, 1971. 123 с.

57. Ванников А. В., Матвеев В.К., Сичкарь В. П., Тютнев А.П. Радиационные эффекты в полимерах. Электрические свойства. М.: Наука, 1982. 272 с.

58. Hughes R.C. Radiation-induced conductivity in polymers; poly-N-vinylcarbazole // IEEE Trans. Nucl. Sei. 1971. V. NS-18. № 6. P. 281 287.

59. Тютнев А.П., Саенко B.C., Пожидаев Е.Д., Костюков H.C. Диэлектрические свойства полимеров в полях ионизирующих излучений. М.: Наука, 2005. 456 с.

60. Графодатский О.С., Исляев Ш.Н. Взаимодействие спутников связи с окружающей средой. Томск: МГП, Раско, 1993. 209 с.

61. Громов В.В. Электрический разряд в облученных материалах. М.: Энергоиздат, 1982. 112 с.

62. Графодатский О.С. Методы и средства защиты искусственных спутников Земли от неблагоприятных воздействий космической среды //

63. Новые наукоемкие технологии в технике. Т. 17. Воздействие космической среды на материалы и оборудование космических аппаратов. 2000. С. 214 244.

64. Тютнев А.П., Шеленин A.B., Сичкарь В.П., Ванников A.B., Исследование электропроводности полистирола при его облучении // Высокомолекулярные соединения 1980. Т. 22 А. №8. С. 1857 1864.

65. Акишин А.И., Новиков J1.C. Методика и оборудование имитационных испытаний космических аппаратов. М.: Изд-во МГУ, 1990. 89 с.

66. Gross В., Sessler G.M., West J.E. Charge Dynamics for Electron-Irradiated PolymerFoil-Electrets // J. Appl. Phys. 1974. V. 45. № 7. P. 2841 2851.

67. Gross B. Radiation induced charge storage and polarization // Electrets / Ed by G.M. Sessler. Springer-Verlag, 1980. P. 217 284.

68. Whipple E.C. Potential of Surface in Space // Rep. Prog. Phys. 1981. V. 44. № 11. P. 1197.

69. Reagan J.B., Meyerott R.E., Gaines E.E., Nightingale R.W., Filbert P.C., Imhof W.L. Space charging currents and their effects on spacecraft systems // IEEE Trans. Elec. Insul. 1983. V. 18. № 3. P. 354.

70. Frederickson A.R., Levy L., Enloe C.L. Radiation-induced electrical discharges in complex structures // IEEE Trans. Electr. Insul. 1992. V. 27. №6. P. 1166- 1178.

71. Gross В., Gerhard-Multhaupt R., Labonte K., Berraissoul A. B. Current transmission and charge deposition in polyethyleneterephthalate (PETP) irradiated with 10-50 keV electrons // Colloid and Polym. Sei. 1984. V. 262. № 2. P. 93 98.

72. Burke E.A. Energy dependence of proton-induced displacement damage in silicon// IEEE Trans. Nucl. Sei. 1986. V. 33. P. 1276 1281.

73. Смирнов И.А., Тютнев А.П., Саенко B.C., Пожидаев Е.Д. Теоретический анализ механизма медленно-обратимой деградации транспортных свойств фотопроводящих полимеров // Химия высоких энергий. 2004. Т. 38. № 3. С. 186- 190.

74. Тютнев А.П., Карпечин А.И., Саенко B.C., Пожидаев Е.Д. Радиационная электропроводность полимеров при высоких температурах // Химия высоких энергий. 1994. Т. 28. № 1. С. 60 64.

75. Соколов А.Б., Комягин С.И. Математическая модель электромагнитной стойкости // Электромагнитная совместимость и проектирование электронных средств: сб. науч. тр. / Моск. гос-й инст. электроники и математики. М.: МИЭМ, 2008. С. 19-21.

76. Годлевский B.C., Киселев В.А., Левитский В.Г. Диаскопический расчет характеристик линейных схем при их оптимизации по параметрам отдельных ветвей // Изв. ВУЗов MB и ССО СССР, Радиоэлектроника. 1984. Т. 27. №6. С.51 -56.

77. Терешин М.А. Оптимизация в частотной области с приведением схемы к эквивалентному многополюснику // Изв. ВУЗов MB и ССО СССР, Радиоэлектроника. 1986. Т. 29. №7. С. 93, 94.

78. Борисов Н.И., Шрамков И.Г. Макромоделирование линейных цепей РЭА на основе метода собственных значений для использования в задачах оптимизации // ВИМИ, ТЭИ, сер. Автоматизация проектирования. 1985. Вып. 1,С. 86-90.

79. Борисов Ы.И. Макромоделирование линейных цепей для решения задач многовариантного анализа // Автоматизация проектирования и исследований радиоэлектронных устройств с помощью МИНИ- и МИКРОЭВМ: межвуз. сб. науч. тр. М.: Изд-во МЭИ, 1986. N 88. С. 69 73.

80. Борисов Н. И. Некоторые аспекты макромоделирования объектов с распределенными параметрами // Теория, математическое моделирование и САПР ОИС СВ: межвуз. сб. науч. тр. М.: Изд-о МИЭМ, 1991. С. 83 86.

81. Ланкастер П. Теория матриц / Пер. с англ. М.: Мир, 1978. 280 с.

82. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. М.: Наука, 1988. 552 с.

83. Писсанецки С. Технология разреженных матриц / Пер. с англ. М.: Мир, 1988. 410 с.

84. Комягин С.И., Соколов А.Б. Требования по стойкости радиоэлектронной аппаратуры летательных аппаратов в условиях воздействия электростатических разрядов // «Технологии электромагнитной совместимости». 2008. № 2(25). С. 3 8.

85. Акбашев A.A., Кечиев JI.H., Соколов А.Б. Топологический подход к экранированию электронных средств летательных аппаратов // «Технологии электромагнитной совместимости». 2008. № 2(25). С. 16- 18.

86. Акбашев Б.Б., Кечиев JI.H., Соколов А.Б. Эффективность экранирования перфорированных экранов // «Технологии электромагнитной совместимости». 2008. № 2(25). С. 19 25.

87. Акбашев Б.Б., Кечиев Л.Н., Соколов А.Б., Степанов П.В. Расчет многослойных магнитных экранов // Электромагнитная совместимость и проектирование электронных средств: сб. науч. тр. / Моск. гос. ин-т электроники и математики. М.: МИЭМ, 2008. С. 111 115.

88. Справочник инженера по авиационному и радиоэлектронному оборудованию самолетов и вертолетов / Под ред. Александрова В.Г. М.: Транспорт, 1978. 408 с.

89. ПЗ.Комягин С.И. Основы методологии электромагнитной стойкости беспилотных летательных аппаратов. М.: Изд-во МИЭМ, 2007. 150 с.

90. MTL-STD-331. Стандарт США.

91. Зуенко Ю.А., Коростелев С.Е. Боевые самолеты России: Справочник. М.: Арсенал-Пресс, Элакос, 1994. 184 с.

92. Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил А.В., Страхов С.В. Основы теории цепей. М.: Энергия, 1975. 752 с.

93. Ерофеев Ю.Н. Импульсная техника. М.: Высшая школа, 1984. 391 с.

94. Булеков В.П., Резников С.В., Болдарев В.Г. и др. Электротехническая совместимость оборудования летательных аппаратов / Под ред. Булекова В.П. М.: Изд-во МАИ, 1992. 176 с.

95. Мейнке X., Гундлах Ф.В. Радиотехнический справочник. / Пер. с нем. М.: Госэнергоиздат, 1961. Т. 1. 416 с.

96. Teshe F. Topological Concepts for Internal EMP Interaction // IEEE Trans, on A&P. 1978. V. AP-26. № 1. P. 60 64.

97. Messeir M. EMP Hardening Topology Expert System // Electromagnetics. 1986. №6. P. 79 -93.

98. Vetri J. L., Costache G.I. An Electromagnetic Interaction Modeling Advisor // IEEE Trans, on EMC. 1991. V. 33. №3. P. 241 -251.

99. Baker G., Castillo J.P. Potential for a Unified Topological Approach to Electromagnetic Effects Protection // IEEE Trans, on EMC. 1992. V. 34. № 3. P. 267 274.

100. Baum C.E., Degauque P., Ianoz M. Electromagnetic Topology and Soil Effects applied to EMC Problems // Symp. on EMC. Zurich, 1993. P. 87-91.

101. White, Donald R. J. A Handbook on Electromagnetic Interference and Compatibility. Gainesville, Va: Don White Consultants, 1987. 870 p.

102. Design Guidelines for Shielding Effectiveness, Current Carrying Capability, and the Enhancement of Conductivity of Composite Materials / NASA Contractor Report 4784, 1997. 61 p.

103. Shulz R.B., Plantz V.C., Brush D.R. Shielding Theory and Practice // IEEE Trans, on EMC. 1988. V. 30. № 3. P. 187-201.

104. Петрухненко С.И., Миронов H.A., Кацевман М.Д. Композиционные термопластичные материалы для экранирования электромагнитных и радиочастотных помех: обзорная информация. Серия. Производство и переработки пластмасс. М.: НИИТЭХИМ, 1991. 36 с.

105. Акбашев Б.Б., Соколов А.Б. Композиционные материалы для электромагнитного экранирования // Технологии электромагнитной совместимости. 2008. № 3(26). С. 42-53.

106. Bastenbeck Е., Jackson В., Kuzyk P., Shawhan G. A. Comparison of Conductive Coating for EMI Shielding Application // ITEM, 1995. P. 100 -106, 278 287.

107. Bjorlin R.W., Bachman B.K. Comparison of Various Shielding Technologies for Plastic Electronic Enclosures // ITEM, 1992. P. 98, 101,102.

108. Weber D., Bonsen R. Analysis of a novel EMI Shielding Technology // Interference Technology. 2005. P. 186 194.

109. Chuba B.R., Beach D., Brander R.A. Product Life Performance of Conductive Coatings for the Electromagnetic Shielding of Plastics // ITEM, 1990. P. 50-58.

110. Акбашев Б.Б., Соколов А.Б. Электропроводящие покрытия для повышения эффективности экранирования // Технологии электромагнитной совместимости. 2008. № 3(26). С. 54 61.

111. Исследование нестабильности высоковольтных транзисторов герметизированных в пластмассу: отчет о НИР / Моск. ин-т электронного машиностроения; рук. Теверовский A.A.; исп.: Соколов А.Б. и др.. М., 1990. 208 с. № ГР 01890051049. Инв. № 02.9.10042806.

112. Изучение механизма защитного и пассивирующего действия углеродных пленок: отчет о НИР / Моск. гос. ин-т электроники и математики (техн. ун-т); рук. Кондрашов П.Е.; исп.: Соколов А.Б. и др.. М., 1992. 50 с. № ГР 01.93.0004060. Инв. № 02.9. 30003119.

113. Кондрашов П.Е., Мироненко JI.C., Соколов А.Б., Мома Ю.А. Электрические характеристики структур Me (a-CH)-S // Научно-техническая конференция «Вакуумная наука и техника» (Гурзуф, 2-9 октября 1995 г.): тез. докл. / М.: МГИЭМ, 1995. С. 58.

114. Knowles Е. D., Olson L.W. Cable Shielding Effectiveness Testing // IEEE Trans, on Electromagnetic Compatibility. 1974. V. EMC-16. № 1. P. 16 23.

115. Fredericson A.R. Method for Estimating Spontaneous Pulse Rate for Insulators Inside Spacecraft // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1996. V. 43. № 6. P. 2778 2782.