卫星在发射场的静电分析与防护策略

任 松，唐 平

（西昌卫星发射中心，四川西昌 615000）

卫星在发射场的静电分析与防护策略

任 松，唐 平

（西昌卫星发射中心，四川西昌 615000）

为提高卫星的可靠性，减少静电对卫星的危害，对卫星在发射场装运、测试各个环节的静电数据进行了分析，找出卫星静电防护的薄弱环节，并从防止静电电荷积累、建立电荷泄放通道、静电屏蔽等方面对卫星的静电防护制订了详细的防护策略。实践证明，这些防护策略对消除卫星静电是可行的。

卫星静电；静电防护；策略；静电危害

卫星进入发射场后将进行装运、测试、总装、火工品安装、星箭对接等工作，由于卫星上的静电敏感元件较多，任何一个环节带入静电都会对卫星上的电路系统带来危害，直接影响卫星的使用寿命。本文将对卫星在发射场装运、测试、总装等各个环节的静电源进行检测和分析，并提出相应的静电防护策略。

1 卫星在发射场的静电分析

1.1 卫星装运过程中的静电分析

由于卫星要在发射场测试间的各个工作区进行各种静、动态工作指标的测试，因此将会在各个工作区间进行卫星的装运工作，工作人员的鞋子与地摩擦、手与卫星推车摩擦、卫星推车与地摩擦等环节将会产生静电。参考有关静电放电模型和相关标准［1－3］，可以建立卫星装运过程的静电放电模型，如图1所示。

图1 卫星装运过程中的静电放电模型

图1中各参数的含义如下：CF，RF，LF分别为人体鞋袜的对地电容、电阻和电感；CB，RB，LB分别为人体对地电容、电阻和电感；CBP，RBP，LBP分别为人体的前臂、手和卫星推车车把的等效对地电容、电阻和电感；CP，RP，LP分别为卫星推车车体对地电容、电阻和电感；CT，RT，LT分别为卫星推车车轮对地电容、电阻和电感。

一般，卫星测试人员的鞋的电阻取107Ω，卫星推车车轮的电阻高达1010Ω，因此，在卫星装运过程中发生放电时，由于工作人员的鞋子、卫星推车的车轮的电阻较高，流经鞋子和车轮的电流很小，可以忽略不计。故可将卫星装运过程中的静电放电模型等效为图2的结构形式。经过现场测试，确定图2中各参数的取值范围如表1所示。

图2 卫星装运过程中的静电放电等效模型

表1 卫星装运过程中的静电放电模型参数取值范围

调整表1中的参数值，结合图2的静电放电模型，利用Matlab进行仿真，得到不同各参数值对静电放电的影响如图3所示。

从图3的仿真情况看，可以得到以下结论。

1）图3 a）与图3 b）的参数只有卫星推车车体对地电阻RP的值不同，但静电放电的波形相差很大，图3 a）衰减很慢，而图3 b）衰减很快；图3 c）与图3 d）的参数虽然也只有RP的值不同，但是它们的波形较接近，静电放电波形衰减很快。这说明当卫星推车车体对地电阻值较小时，静电放电的速度缓慢；当卫星推车车体对地电阻值较大时，静电放电的速度较快。因此，在卫星装运过程中，要采用对地电阻值较大的卫星推车。

2）图3 e）与图3 g）的参数只有卫星推车车体对地电感LP的值不同，但是静电放电的波形相差很大。而在图3 e）、图3 f）中，卫星推车车体对地电感LP的值基本接近，而卫星推车车把的等效对地电感LBP的值相差100倍，但是它们的波形相差不大。这说明卫星推车车把的等效对地电感LBP的大小对静电放电的速度没有影响。从图3 f）可以看出，静电放电时的反向电流很大，说明放电过程中对电容器反向充电很多，从而引起较大的反向电流。

3）在图3 h）中，有陡峭的上升沿，这说明时间常数很小。另外，二次波峰波谷起伏不大，这说明静电能量基本上是一次泄漏完成的，这在实际卫星装运中存在较大的隐患，需要特别注意。

1.2 星上火工品安装过程中的静电分析

星上火工品均为电火工品，其发火能量为电能，因此在发射场测试间的安装过程中，如果有静电放电产生的电流将会导致星上火工品点火或者钝感，进而影响卫星工作的可靠性。由于电火工品的静电放电时间较短，且电功率不为恒定值，因此对其进行定量分析较难，因此，这里只对星上火工品安装过程的静电影响做定性分析。通过对历次任务的卫星遥感数据进行分析，可以看出：当火工品药剂导热系数较小时，时间常数的大小对临界发火能的影响很小；而当火工品药剂导热系数较大时，时间常数的大小对临界发火能的影响较大，此时临界发火能随着时间常数的减小而单调减少，最后趋于一个恒定值。

1.3 蓄电池安装过程中的静电分析

蓄电池是卫星上的重要部件，卫星进入发射场后，蓄电池要进行充放电检测，然后再进行上星安装。在安装过程中，在涂导热硅脂、拧紧蓄电池螺钉、安装蓄电池接地线、安装聚酰亚胺膜和蓄电池红色保护罩等工作环节均可能引入静电。在实际操作中，选取操作者、涂导热硅脂的毛刷（简称毛刷）、电池底板等6个要素进行静电测量，测量结果如图4所示。

从图4可以看出，蓄电池的有机玻璃保护罩（简称保护罩）、热控多层、聚酰亚胺膜携带较高的静电电压，这将会对卫星上的电子产品带来危害。

1.4 低频电缆移植过程中的静电分析

在发射场的卫星测试间，对卫星上的电路系统进行加电时，需要对其低频电缆进行移植。在低频电缆移植过程中，由于人体带静电、电缆与绝缘体间的摩擦等因素，将会产生静电，对卫星上的敏感元器件带来静电危害。在卫星的电缆移植过程中，对操作人员、电缆外包覆的海绵、塑料整理箱、电缆等4个要素的静电电压进行了测量，结果分别为＋70，＋5 500，－13 300，－600 V。可见，电缆外包覆的海绵和塑料整理箱是本环节产生静电的主要因素。在多次卫星测试中，低频电缆移植过程中的海绵带静电、塑料整理箱带静电的数据进行统计分析，其结果如图5、图6所示。

从图5可以看出，电缆外包覆的海绵上所带的静电电压60%集中在大于1 000 V的区域内，这表明在本环节中电缆外包覆的海绵极容易产生较高的静电电压，需要采取保护措施。从图6的统计结果看，塑料整理箱的静电电压都在8 000 V以上，这将对星上仪器产生潜在的危害，在卫星的测试间应尽力减少塑料整理箱与星体产品的接触，防止整理箱上的静电对星上电子产品带来危害。

图3 卫星装运过程中不同参数值对应的静电放电电流波形

2 静电防护策略

通过对在发射场中卫星装运、安装、测试各环节中的静电分析，采用防止静电电荷积累、建立静电电荷泄放通道、实施静电屏蔽等措施，制订相应静电防护策略如下。

2.1 防止静电电荷的积累

2.1.1 控制卫星测试间的工作环境

1）控制测试间的温度和湿度

湿度对材料表面电阻率影响极大。水分渗透到某些材料内或在材料表面形成一层极薄的水膜，因其含有杂质和溶解物质，导电性较好，可使材料的表面电阻率减小，电荷的泄漏速度加快，起电程度降低［4］。相对湿度低于30%时，容易产生静电。而空气湿度受温度影响较大，当绝对湿度一定时，随温度升高，相对湿度降低，产生静电的可能性增大［5］。因此，卫星测试厂房应实行全封闭控制，环境温度控制在（20±5）℃，相对湿度控制在30%～60%。

图4 蓄电池安装过程中的静电分布

图5 插头包覆海绵上的静电分布统计图

图6 塑料整理箱的静电分布图

2）控制测试间的洁净度

控制卫星测试间的环境洁净度，以减少灰尘等杂物吸附静电影响星上电子产品的正常工作。在卫星测试间内的环境洁净度等级应优于10 000级。

2.1.2 防止人体带电

配备相应的静电防护装备，比如配置相关的防静电衣服、鞋袜、帽子、手套或指套等。在工作时，穿戴防静电工作服、工作帽、手套、鞋等，佩戴防静电腕带，严格禁止与工作无关的人体活动。

2.2 建立电荷泄放通道

在卫星测试间对静电防护装置和各类仪器设备进行可靠接地。要求操作人员必须穿着防静电服装、鞋袜和帽子，保证静电不断从人体上泄漏掉。在卫星装运过程中，选用车体对地电阻值在106～109Ω的卫星推车，定期检测卫星推车车轮的电阻值，若出现车轮老化的现象应及时更换车轮。在星上火工品安装过程中，预留适当的保护性火花间隙，使静电火花发生在外表面而不是在装药处。另外，还可以将插塞中导线的裸露部分先压成弯曲形状，在弯曲部分与星上地构成保护性泄放通道。

2.3 静电屏蔽

在转运卫星时，应将卫星放置在防静电周转车（箱）内进行转运，确保卫星不与外界复杂的环境接触，减少受静电危害的可能性。

2.4 建立防静电管理制度

1）建立各类人员的静电安全防护管理职责；

2）针对不同岗位的人员开展相关防静电知识、技术和安全要求的培训活动；

3）对有防静电性能要求的工具、器具、服装、桌椅、工作台垫等进行定期检测，确保其合格；对人体和设备、系统的接地状况进行定期检测，确保其接地良好；

4）按标准要求对环境参数进行定期监测［6］，确保环境参数在卫星工作允许的范围内。

3 结 语

对卫星蓄电池安装、低频电缆网移植、测试厂房转运、星上焊联、总装等环节的静电产生因素进行了检测和分析，并采用防止静电电荷积累、建立电荷泄放通道、静电屏蔽、建立静电防护要求和管理制度等措施对卫星装配、总装、测试等环节的静电进行防护。通过多次卫星发射任务检验，本文的防护方案能够有效消除各个环节中静电对卫星的威胁，提高了卫星的可靠性，延长了卫星的使用寿命，具有一定的工程价值。

［1］ 倪靖伟，邱颖霞.生产装配过程中的静电防护［J］.电子工艺技术，2005，26（2）：85-88.

［2］ 刘尚合，谭志良，武占成.静电防护工程的研究与进展［J］.中国工程科学，2000，2（11）：17-24.

［3］ 王天顺.静电效应及其防护［J］.飞机设计，2001（2）：55-59.

［4］ 刘尚合，徐晓英，贺其元.微电子系统的静电放电抗扰度实验方法研究［J］.北京理工大学学报，2005，25（S1）：72-76.

［5］ 刘建斌，田智会.静电对电子产品的危害及其防护［J］.装备环境工程，2006，3（12）：66-69.

［6］ 刘成文，宋振宇.静电防护系统理论的探讨及其实际应用［J］.电子工艺技术，2002，23（5）：222-225.

TM08；V555＋.1

A

1008-1542（2011）07-0148-05

2011-06-20；责任编辑:王海云

装备预先研究项目（51317050206）

任 松（1976-），男，四川射洪人，工程师，硕士，主要从事宇航通信、航天静电防护技术和计算机仿真等方面的研究。