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

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 «18» июня 2009 года в 14 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 «13» мая 2009 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук, профессор Н.Н. Грачев

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 массогабаритные 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 геостационарных орбитах (ГСО), могут достигать 20 кВ, а средние значения энергии ЭСР составляют 6200 мДж. В результате ЭСР по корпусу КА протекают импульсные токи амплитудой до 100 А. Они приводят к возникновению ЭМП в элементах кабельных систем БРЭА.

ЭМП различной природы, 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: Саенко В.С., Пожидаева Е.Д., Кечиева Л.Н., Кириллова В.Ю., Акишина А.И., Новикова Л.С., 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 Л.О., 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 отработана. 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 повышением 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 различных областей народного хозяйства 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 решены следующие задачи:

1. Развита теория радиационной электропроводности (РЭ) полимеров внешней поверхности КА и на этой основе 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 предложен метод расчета ЭМП, возникающих на входе БРЭА КА при ЭСР, а также методические и программные средства расчета 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 КА на стойкость БРЭА к 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 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 R, L и C элементов, и метод 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 КА и рекомендации по обеспечению стойкости БРЭА на схемно-техническом и конструкторском уровнях, включая методику проектирования неоднородных электромагнитных экранов.
5. Методики проведения стендовых испытаний КА на стойкость БРЭА к 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 предложен метод 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, отличающийся применением оригинального генератора, что позволяет уменьшить погрешность расчетов уровней помех в два раза.
4. Предложена методика оценки стойкости БРЭА к воздействию ЭСР на поверхности КА, отличающаяся возможностью получения научно-обоснованных рекомендаций по обеспечению стойкости БРЭА на схемно-техническом и конструкторском уровнях, включая методику проектирования неоднородных электромагнитных экранов.
5. Предложены методики проведения стендовых испытаний КА на стойкость БРЭА к 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 КА на стойкость БРЭА КА к 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 А.А. Структура для измерения заряда на границе раздела полупроводник-полимер. А.с. 1302955 СССР. НОI 21\66-Опуб.1986.
2. Соколов А.Б., Дорофеев А.Н., Саенко В.С. 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 В.С. 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 В.С. 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 В.С., 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 А.В., Саенко В.С. 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 -2008г.);
• Десятой Российской научно-технической конференции по электромагнитной совместимости технических средств и электромагнитной безопасности. ВИТУ. (С.Петербург - 2008 г.).

Публикации. Результаты диссертации отражены в 57 опубликованных работах, в числе которых 43 статьи в журналах, сборниках статей, материалах конференций, 14 научно-технических отчетов, имеющих государственную регистрацию. В журналах, включенных в перечень ВАК, опубликовано 11 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 ГСО 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 (ДЗ) 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. ДЗ 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 1020 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 КА, необходимо учитывать:

• значение сквозной электропроводности диэлектрического материала, представляющее собой сумму значений темновой 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 (ТОПЗ), которые могут снять часть избыточного отрицательного заряда с поверхности диэлектрика на корпус;
• процессы фотоионизации и ионизации электронным ударом собственной внешней атмосферы (СВА) 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 105 104 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 электрических разрядов на КА следующие:

• разность потенциалов до 20 кВ;
• токи разрядов до 100 А;
• длительность фронта ЭСР 108107 с;
• длительность ЭСР 107106 с;
• энергия ЭСР до 0,2 Дж;
• частота разрядов до 10 Гц.

При типовой длительности разряда и его фронтов длина излучаемых электромагнитных волн составляет 3300 м.

Импульсные токи, возникающие при ЭСР и протекающие в корпусе КА, кабельных сетях, проложенных на его поверхности и в элементах аппаратуры, расположенных в специальных экранах или гермоконтейнерах, 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 непреднамеренные антенны внутри БРЭА, наводя помеховые токи и напряжения.

Основными каналами проникновения электромагнитных помех, возникающих при ЭСР в БРЭА, являются излучение электромагнитной энергии в окружающее пространство и растекание токов 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 анодирующие 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 ЭДС в электрический цепи, имеющей разрывы в экране. При этом уровни помех не превышают долей вольта.

Помеховый сигнал в кабеле при ЭСР возникает из-за того, что при изменении магнитного потока, проходящего через контур, в нем наводится электродвижущая сила (ЭДС). Принимая для типичных разрядов на КА dJ/dt1091010 А/с, получаем для ЭДС, наводимой в кабельных цепях при ЭСР, значения порядка нескольких вольт.

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

В табл. 1.1 приводятся значения энергии помех, вызванных ЭМИ, при которых происходят сбои в работе или выгорание элементов РЭА.

Таблица 1.1

Влияние на элементы электроники токов, индуцируемых
электромагнитными импульсами

Поглощенная энергия, Дж	Возможные повреждения
107 108	Сбои в работе элементов БРЭА
107	Выгорание диодов в микроволновых смесителях
106	Сбои в работе или выгорание линейных интегральных схем
105	Сбои в работе и выгорание маломощных транзисторов и интегральных схем на биполярных транзисторах
104	Повреждения конденсаторов, диодов, транзисторов средней мощности и логических элементов на КМОП-структурах
103	Повреждения стабилитронов, однооперационных триодных тиристоров, полевых транзисторов (JFET), мощных транзисторов и тонкопленочных резисторов

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. 1.1 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 полей, протекание импульсных токов по элементам конструкции КА и наведение паразитных импульсных ЭДС в БКС КА.

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 2107 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 повышения 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 p и задержанную d. Первая практически безынерционна, с точностью до нескольких десятых наносекунды повторяет форму импульса излучения и пропорциональна мощности дозы

, (2.1)

где R – мощность дозы, Гр/с, Kp коэффициент радиационной электропроводности.

При длительности воздействия импульса радиации tp  0,1 мкс оценку РЭ можно проводить по формуле (2.1), 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 максимума rm в момент времени tm, после чего начинает медленно спадать, переходя на закон спада , свидетельствующий о проявлении сильных дозовых эффектов. Стационарное состояние практически никогда не достигается.

Для характеристики РЭ используют параметры Am и, такие, что

, (2.2)

причем 0,5    1,0 (здесь R0 постоянная во времени мощность дозы излучения).

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 107 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. 2.1, там же приведены основные его характеристики.

Рис. 2.1. Расчетная кривая РЭ модельного полимера в логарифмических координатах. На вставке начальный участок кривой приведен в линейных координатах. Точка соответствует стационарному значению РЭ

Показано, что учет радиационных ловушек устраняет стационарное состояние РЭ в процессе облучения. Вместо него появляется спад переходного тока по закону (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Изменение во времени РЭ модельного полимера с учетом генерации радиационных ловушек при различных =gt/g0 (gt – скорость генерации радиационных ловушек).. = 0 (1), 0.0001 (2), 0.001 (3), 0.01 (4), 0.1 (5) и 1.0 (6). Время облучения 105 с. Все кривые относятся к облучению исходного полимера. Скорость объемной генерации носителей заряда 31022 м-3 с-1

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 (РОВИ) который предполагает, что как мощность дозы R0, так и скорость объемной инжекции избыточных носителей заряда Q0 постоянны по толщине облучаемого слоя.

Распределение напряженности электрического поля внутри диэлектрика имеет следующий вид:

(2.3)

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

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

(2.4)

Здесь Go – скорость однородной объемной генерации свободных носителей заряда, пропорциональная мощности дозы R0 и зависящая от условий облучения (температуры Т, напряженности электрического поля), S0 – скорость инжекции электронов, - дисперсионный параметр.

Окончательно получаем, что зависимость Fm от J0 (плотность тока инжекции электронов из космической плазмы) имеет вид:

(2.5)

и хорошо согласуется с экспериментальными данными.

В главе представлен расчет полей в ЭВТИ 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 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 темновой 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 критической является ситуация, при которой возможно развитие ЭСР хотя бы один раз за время срока активного существования КА. Хотя подробная информация, полученная из расчетов безопасных полей во внешних покрытиях КА, и в этом случае представляется важной, на первое место в этом случае выходит 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 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, хотя и малого значения, названного в работе МРЭ. 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 МРЭ 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 (15) см2/В с, а время жизни 2х1015 с в проводящем состоянии. По оценке Вутена коэффициент Кр (формула 2.1) РЭ при импульсном облучении близок к (58)х10-16. Ом1м1Гр1с. Эксперименты по изучению РЭ при низких температурах подтверждают приведенные выше значения и дают при температурах ниже 100С для всех исследованных полимеров примерно одинаковое значение минимального коэффициента РЭ

Kmin 51016 Ом1м1Гр1с.

Теперь можно сформулировать принцип МРЭ, заключающийся в том, что все полимерные материалы при температурах 100С и ниже имеют коэффициент РЭ не менее 51016 Ом1м1Гр1с.

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 (120°С и ниже). В этом случае имеем величину плотности тока инжекции J0 электронов из космической плазмы в ЭВТИ порядка 5107 А/м2. Тогда согласно выражению (2.1) получаем величину МРЭ:

Ом1м1.

Здесь следует отметить, что для МРЭ параметр из выражения (2.2) всегда равен единице.

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

В/м.

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 СЭМ растекания токов по корпусу КА при ЭСР, а также методу 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 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 R, L и С элементов (рис. 3.1).

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 L между двумя последовательными узлами было не более 0,3 м (L < /8), для того, чтобы гарантировать соблюдение квазистатического допущения. Здесь – наименьшая длина волны в спектре импульса ЭСР с длительностью переднего фронта 10 нс. При этом ЭСР моделируется импульсным источником тока с типичными характеристиками (импульсный ток 100 А, время нарастания тока 10 нс, спад тока 100 нс), соответствующими натурным условиям.

Рис 3.1. Преобразование геометрической модели поверхности КА в эквивалентную электрическую схему

Анализ СЭМ позволяет получить полную картину растекания токов по корпусу КА (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Картина растекания токов по поверхности КА. Черной линией показан фрагмент БКС

Расчет картины растекания токов по поверхности КА можно разделить на три этапа: преобразование 3D модели КА в СЭМ, расчет переходных токов и обработка полученных результатов.

Наиболее сложным и трудоемким является расчет переходных токов.

Рис. 3.3. Фрагмент СЭМ с узлами, преобразованными из координат вершин

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 макромоделей. 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 макромоделей.

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

.

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

, ,

где - полиномиальная матрица первой степени, p оператор Лапласа, вектор варьируемых параметров подсхемы, 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:

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. 3.4 и показывают, что трудоемкость анализа модели, составленной из макромоделей, на 23 порядка ниже даже по сравнению с трудоемкостью анализа модели с блочно-диагональной матрицей с двойным окаймлением.

Рис. 3.4. Результаты сравнительной оценки трудоемкости методов анализа моделей

Таким образом, расчет картины растекания токов включает следующие основные этапы (рис. 3.5):

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. 3.5. 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 предложенного метода 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 метода 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 Kinetix 3D MAX 3.0;

• система расчета электрических схем PSpice.

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 нами методики, описанной в главе 5. Разработаны программные средства расчета уровней ЭМП, автоматически учитывающие скин-эффект и использующие созданную нами 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.

Изложенный подход позволяет на этапе проектирования КА сформулировать технические условия на стойкость к импульсным помехам электронных блоков, имеющих выход на внешнюю поверхность КА посредством БКС.

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 защиты, которые включают основные понятия и определения, конкретизацию целей и задач теории, 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 детерминированной 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 (4.1) или в относительной (4.2) форме показателя эффективности W БРЭА КА:

, (4.1)

, (4.2)

где – вектор активных средств данной системы, в т.ч. и защитных; – набор некоторых величин, характеризующих возможности действий системы (разбиение активных средств на функциональные группы, или номер того или иного способа использования активных средств); – вектор величин, описывающих поля ЭСР; – вектор величин, характеризующих источники ЭСР; индексы «З» и «0» соответствуют случаям применения средств и методов защиты или их отсутствия.

Показатели W и W 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 уровнем 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. Математическая природа элементов обоих пространств произвольна: это могут быть числа, векторы, функции одной или нескольких переменных. Оператор Н 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. Граница этой области соответствует предельным состояниям по стойкости (защищенности). Если , 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 – Х и значениями пространства выходных параметров и их допустимыми значениями.

В качестве детерминированного показателя защищенности аппаратуры приняты максимальные значения воздействующих уровней ЭСР, при которых все определяющие параметры элементов 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 Rз. Так как ток электризации составляет доли или единицы микроампер, значение Rз будет лежать в диапазоне 110 МОм. Ввиду большого значения Rз зарядный контур на решение задачи практически не влияет. Вследствие этого общая модель ЭСР примет вид, представленный на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Эквивалентная схема разряда ЭСР

Переходные процессы в этой цепи, описываются дифференциальными уравнениями второго порядка. При апериодическом разряде объекта электризации, т.е. когда R > , оценка амплитудно-временных параметров разрядного ведется по следующим упрощенным формулам, вытекающим из указанных зависимостей:

• длительность фронта импульса разрядного тока tф = 2,2L/R;
• амплитуда импульса разрядного тока Im = U0/R.

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 U0 = 300 кВ, С0 = 10000 пФ, R0 = 1 кОм. Импульс разрядного тока на испытуемом объекте при этом будет описываться выражением:

. (4.3)

Нормируемые параметры разрядного импульса на испытуемом объекте следующие: Im = 300 A, tФ 5нс, tи 1 мкс.

Разработанные элементы теории стойкости БРЭА КА как сложной системы позволяют применить топологический подход для выявления иерархий зон и средств защиты БРЭА КА от ЭСР. Поскольку экранирование является одним из эффективных средств повышения стойкости аппаратуры к ЭСР и одновременно существенно влияет на массогабаритные параметры КА, в работе этому средству защиты уделено особое внимание. На рис. 4.2 приведено обобщенное топологическое представление экранирующей системы БРЭА КА, заключенной в объеме, окруженном внешней поверхностью.

Рис. 4.2. Топологическая модель системы экранирования БРЭА: 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 (A) в толще экрана, на отражение (R) от поверхности экрана и на повторные отражения (B) 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

, дБ, (4.4)

где: Aap– потери на поглощение; Rap – потери на отражение; Bap – поправочный коэффициент отражения; Kap1 – поправочный коэффициент числа отверстий; Kap2 – поправочный коэффициент проникновения поля на низких частотах; Kap3 – 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. 4.3)

Рис. 4.3. Комбинированный экран: 1 область сплошного листа, 2 область с круглыми отверстиями, 3 область с прямоугольными отверстиями

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

,

а затем итоговая эффективность определяется по формуле

, дБ, (4.5)

где K коэффициент экранирования сплошного экрана; Kapn коэффициент экранирования в зоне n утечки; n 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 (глава 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. 5.1, а вид его рабочего стола на рис. 5.2.

Рис. 5.1. Внешний вид измерительного стенда комплекса «ДУГАМИЭМ»

Рис. 5.2. Рабочий стол измерительного стенда комплекса «ДУГАМИЭМ»

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.

В главе разработаны методики стендовых испытаний КА на стойкость БРЭА 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. 5.3) и имитация ЭСР непосредственно по корпусу (схема на рис. 5.4)

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 напряжении 5 кВ, 10 кВ, 15 кВ, 20 кВ. Автономное питание ИГП-4 «Дуга-МИЭМ» позволяет исключить влияние питающей сети и повысить точность и воспроизводимость результатов.

Цифровой осциллограф TDS2014 ведет обработку информации по 4 каналам: 1 канал – датчик тока ИГП-4, 2, 3 и 4 каналы – датчики электромагнитного поля ДП1ДП3, которые имеют одинаковые электрические характеристики.

Коэффициент экранирования электромагнитного импульса корпусом КА определялся по формуле:

, (5.1)

где К – коэффициент экранирования; VД3 – напряжение (максимальное значение) на выходе датчика электромагнитного поля ДП3; VД1,2 – напряжение (максимальное значение) на выходе датчиков электромагнитного поля ДП1 или ДП2.

Расчет напряжения помех VД1,2 в датчиках электромагнитного поля проводился по формуле

,

где V/Д1,2 – напряжение (максимальное значение) на выходе измерительных цепей И2, И3; VИ – напряжение помех (максимальное значение осциллограмма) наведенных на кабель измерительной цепи.

Рис. 5.3. Схема измерения экранирующих свойств корпуса конкретного КА при имитации ЭСР по разрядному контуру : 1 провод разрядного контура ИГП-4, И1…И4 измерительные цепи, ДП1…ДП3 датчики напряженности электромагнитного поля, ИГП-4 – импульсный генератор помех, TDS2014- цифровой запоминающий осциллограф

Результаты измерений представлены в таблице 5.1.

Таблица 5.1

Экспериментальные данные для расчета коэффициента экранирования при имитации ЭСР по разрядному контуру.

Параметр	Канал
	ДП1	ДП2	ДП3
Максимальные напряжения датчиков, В (V/Д1,2)	+0,32; 0,4	+0,48; 0,52
Напряжение помех в измерительной цепи, В (VИ)	+0,22; 0,16	+0,22; 0,16
Напряжения помех, В (VД1,2)	+0,1; 0,24	+0,26; 0,36
Максимальное значение датчика электромагнитного поля, В (VД3)	7	7	7
Коэффициент экранирования K (вычисляется по (5.1))	29,2	19,4

Рис. 5.4. Схема измерения экранирующих свойств корпуса конкретного КА при имитации ЭСР непосредственно на корпус КА: А, Б точки подключения электродов ИГП-4 к корпусу КА; 1,2 провод разрядного контура ИГП-4; И1…И4 измерительные цепи; ДП1…ДП3 - датчики напряженности электромагнитного поля;ИГП-2 – импульсный генератор помех; TDS2014- цифровой запоминающий осциллограф

Результаты измерений представлены в таблице 5.2.

Таблица 5.2

Экспериментальные данные для расчета коэффициента экранирования при имитации ЭСР по корпусу КА

Параметр	Канал
	ДП1	ДП2	ДП3
Максимальные напряжения датчиков, В (V/Д1,2)	+0,4; 0,48	+0,4; 0,48
Напряжение помех в измерительной цепи, В (VИ)	+0,22; 0,16	+0,22; 0,16
Напряжения помех, В (VД1,2)	+0,18; 0,32	+0,16; 0,32
Максимальное значение датчика электромагнитного поля, В (VД3)	6	6	6
Коэффициент экранирования K (вычисляется по (5.1))	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, выполненных 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 КА (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 БРЭА 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.

Заключение

В диссертационной работе решена актуальная научно-техническая проблема обеспечения стойкости БРЭА КА к воздействию ЭСР, имеющая существенное оборонное и народнохозяйственное значение.

При выполнении работы были сформулированы и решены следующие задачи:

1. Развита теория РЭ полимеров внешней поверхности КА и сформулирован принцип минимальной радиационной электропроводности полимеров, положенный в основу расчета величины электрического поля в ЭВТИ 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 СЭМ КА.
2. Разработана структурная электрофизическая модель растекания токов по корпусу КА при ЭСР, отличающаяся от известных подходов наличием адекватного перехода от физических свойств материалов обшивки КА к сеточной структуре идеальных R,L и C элементов; для расчета токов растекания по предложенной модели разработаны соответствующие программные средства.
3. Разработаны методические и программные средства расчета уровней ЭМП, а также рекомендации по конструированию БРЭА 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 БКС; для решения этой задачи созданы оригинальный стенд и оригинальный импульсный генератор.
5. 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.
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 КА на стойкость БРЭА к 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 БРЭА КА, находящейся под потенциальным воздействием ЭСР.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Соколов А.Б. Теверовский А.А. 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. - Ч.2. - С. 147.
2. Теверовский А.А., Соколов А.Б. Структура для измерения заряда на границе раздела полупроводник-полимер. А.с. 1302955 СССР. НОI 21\66-Опуб.1986.
3. Земцов В.П. Кошеляев Г.В. Соколов А.Б. Теверовский А.А. 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., Кондрашов 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., Кондрашов 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 А.А. Зубрицкий А.Н. Иоселев О.К., Соколов А.Б. Измерительно-вычислительный комплекс для контроля дрейфа обратных токов р-п переходов полупроводниковых приборов при повышенных температурах // Электронная техника. Сер.2. Полупроводниковые приборы. - 1989. - Вып. 4(201). – С. 43-48.
8. Кондрашов П.Е., Мироненко Л.С., Соколов А.Б., Мома Ю.А. Электрические характеристики структур Ме (а-СН)-Si // Научно-техническая конференция «Вакуумная наука и техника». Тезисы докладов. - Гурзуф, 1995. - М., МГИЭМ. - 1995. – С.58
9. Кондрашов П.Е., Мироненко Л.С., Соколов А.Б., Баранов А.М. Исследование влагостойкости углеродных и алмазоподобных углеродных пленок // Научно-техническая конференция «Вакуумная наука и техника». Тезисы докладов. - Гурзуф, 1996. - М., МГИЭМ. - 1996. – С.73.
10. Мома Ю.А., Мироненко Л.С., Соколов А.Б. Вольт-фарадные характеристики структур металл-углеродная пленка-кремний // Научно-техническая конференция «Вакуумная наука и техника». Тезисы докладов. - Судак, 2001. - М., МГИЭМ. - 2001. – С.172-173.
11. 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 // Материалы ХI 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 ХI 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 ХIV научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника». – Сочи, 2007. - М., МИЭМ. - 2007. – С.327.
18. Дорофеев А.Н., Соколов А.Б., Саенко В.С. 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 В.С. 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 В.С., Пожидаев Е.Д. Новое поколение программного обеспечения «Satellite-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 В.С., 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 В.С. 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 А.А., Кечиев Л.Н., 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 А.А., 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 В.С., 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 В.С., 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 Л.Н., 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 В.С. Экспериментальное определение эффективности экранирования фрагментов кабельных систем космических аппаратов // Радиационная физика твердого тела. Труды XVIII международного совещания. - Севастополь, 7-12 июля 2008г. - С. 378-382.
34. Марченков К.В., Соколов А.Б., Востриков А.В., Демиденко А.А. 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, 7-12 июля 2008г. - 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 А.А., Кечиев Л.Н., Соколов А.Б. Эффективность экранирования неоднородных экранов // Сборник докладов десятой Российской научно-технической конференции по электромагнитной совместимости технических средств и электромагнитной безопасности. ЭМС-2008. – СПб. – 2008. - С. 363-366.
37. Соколов А.Б., Саенко В.С. 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 В.С., 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 //Научно-технический сборник «Радиационная стойкость электронных систем». Выпуск 11.. - МО, г. Лыткарино. - 2009. – С. 171-172.
41. 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.
42. Пожидаев Е.Д., Саенко В.С., 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.
43. Агапов В.В., Востриков А.В., Саенко В.С., 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.