冬日里烦人的静电竟还是航天器的大敌

北方冬天天气干燥寒冷。我的朋友经常遇到这样的尴尬。当他们不小心接触或接触周围有人的金属物体时，他们会带电。如果你在晚上关灯，你仍然可以听到爆裂声，看到蓝色的闪电，这让你很恼火。

生活中常见的静电放电现象

静电是造成这种情况的主要原因。干燥寒冷的天气很容易导致人体带静电。当人们接触零电位物体或与人体有电位差的物体时，会发生电荷转移，导致放电现象。类似于人体带电放电的原理，在轨道上飞行的航天器也会带电。当电荷积累到一定程度时，会发生静电放电，严重时会导致航天器故障。

1973年6月2日，在轨的美国国防卫星通信系统(DSCS-2)经历了一系列电子设备异常，卫星电源中断，导致卫星故障。事后，专家分析事故原因是航天器带电引起的静电放电。据有关统计，静电放电引起的航天器故障和异常约占空间环境引起的航天器故障和异常的1/3。

DSCS卫星

航天器带电的危险如此之大，那么为什么在轨道上飞行的航天器会带电呢？有什么有效的保护措施吗？

众所周知，太空环境非常复杂。在轨飞行的航天器会遇到空间等离子体环境和高能带电粒子辐射环境。这些环境中的带电粒子与航天器相互作用，从而在航天器上局部产生沉积电荷，电荷的积累将使航天器带电。轻微的带电不一定会引起异常或故障，但当航天器带电积累到一定程度时，就会引起静电放电。静电放电产生的电磁脉冲会对航天器中的电子系统造成干扰，从而导致仪器故障。在严重的情况下，它还会导致危险的事故，如太空火灾。

复杂的空间环境会影响航天器的安全运行。

航天器充电有两种常见类型，即表面充电和深度充电。

表面电荷是指航天器表面电荷积累的现象。当一些带电粒子的能量较低时，这些带电粒子不能穿透航天器表面的材料，它们的能量将被航天器表面的材料完全吸收。航天器表面材料吸收能量后，会改变航天器材料的微观结构，从而改变其性能，导致航天器表面材料加速退化。航天器表面充电水平和性能的变化与空间等离子体环境、航天器形状、结构、表面材料、光照条件、空间电场和磁场等诸多因素有关。

深度充电是指高能带电粒子在空间环境中具有足够的能量，能够穿过航天器表面，运输并沉积在航天器外壳内的物质。具有不同能量的电子具有不同的沉积深度，这最终在材料中形成层间电荷结构并建立内部电场。航天器的深度充电水平取决于高能电子环境和航天器材料等因素。

当深度充电严重时，可能会导致航天器系统失控甚至崩溃。1994年1月20日，耗资30亿美元的加拿大通信卫星阿尔尼克E1号和阿尔尼克E2号由于深度充放电造成动量轮控制系统出现问题而失去控制。该故障导致加拿大各地的有线电视、电话、有线新闻和数据传输服务中断。据估计，当时造成的经济损失高达30亿美元。

Alnwick卫星

在我们的生活中，我们会有许多防止静电的小窍门。这些小技巧可以帮助我们避免静电带来的麻烦。那么，航天器如何避免电气化带来的危险呢？

正如人们可以根据天气预报安排旅行一样，为了确保宇宙飞船的安全运行，科学研究人员应该事先知道太空环境中有什么以及可能会发生什么。这就要求科研人员加强对空间环境的监测和预测，然后在研究和分析的基础上，帮助航天器避开容易引起航天器带电的空间天气环境。

空间环境预测中心

此外，正如俗话所说，铁是必须的。因此，有必要对航天器的壳体材料进行研究。面对复杂的空间环境，研究人员需要设计航天器外壳以防止带电，从而帮助航天器阻挡或减少高能带电粒子辐射造成的损害。此外，大量体积小、功耗低、存储容量大、运行速度快的电子设备被用于航天器。这些电子器件更容易受到航天器静电放电的损害，因此科研人员也将通过加强微电子器件来提高电子器件的抗静电能力。

例如，美国于1979年发射了Scata卫星，以研究航天器带电的原因和特点，并帮助科学家深入研究空间等离子环境和航天器带电之间的关系。1971年3月，中国发射了科学实验卫星普拉西斯1号，开始研究空间辐射环境。40年来，我们先后发射了数十颗用于空间环境探测的专业卫星和运载卫星，开展了高能带电粒子、低能带电粒子、单粒子效应、卫星表面带电等相关问题的研究。

实践1科学实验卫星

如今，空间环境科学研究已经成为空间安全保障的重要支撑系统，与工程任务的联系越来越紧密。然而，广阔的空间和深不可测的空间环境使我们不可能完全避免由航天器电气化引起的事故。更好、更有效的保护方法仍有待科学研究人员探索和发现。

参考资料/

[1]顾一栋。探索空间——[空间资源开发利用分析。北京:中国航天出版社，2011。

[2]沈子才。[空间辐射环境项目。北京:中国航天出版社，2013。

冯，徐。《由于空间环境引起的航天器故障和异常》，[，1997年。宇宙飞船环境工程，2011，04:37388。

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