具有强电磁环境防护能力的星表膜结构及安装方法

文档序号:181280 发布日期:2021-11-02 浏览:40次 >En<

阅读说明:本技术 具有强电磁环境防护能力的星表膜结构及安装方法 (Star surface film structure with strong electromagnetic environment protection capability and mounting method ) 是由 商圣飞 杨晓宁 杨勇 毕研强 李西园 武南开 于澜涛 赵越阳 李文淼 于 2021-08-02 设计创作,主要内容包括:本申请公开了一种具有强电磁环境防护能力的星表膜结构及安装方法。包括:层叠组件,面膜组件,其包覆在所述层叠组件表面;孔洞缝隙包裹膜,其位于所述面膜组件与所述被保护产品之间,用于封堵孔洞缝隙;本申请通过在层叠组件表面包覆面膜组件,利用缝合线将二者缝合,面膜组件具备渗碳聚酰亚胺层和嵌设在渗碳聚酰亚胺层内的金属网,在使用时将层叠组件朝向被保护产品,渗碳聚酰亚胺层朝向外部环境,可有效防止此星表膜结构在强电磁环境作用下自身被烧毁,以及避免被保护产品受到强电磁波干扰;通过在面膜组件与被保护产品之间设计孔洞缝隙包裹膜,可将被保护产品的孔洞缝隙进行封堵,以进一步地防止孔洞缝隙漏波问题。(The application discloses a star surface film structure with strong electromagnetic environment protection capability and an installation method. The method comprises the following steps: the laminated assembly is coated on the surface of the facial mask assembly; the hole and gap wrapping film is positioned between the mask assembly and the protected product and used for plugging hole and gap; according to the application, the surface of the laminated assembly is coated with the facial mask assembly, the laminated assembly and the facial mask assembly are sewn through the sewing thread, the facial mask assembly is provided with the carburized polyimide layer and the metal mesh embedded in the carburized polyimide layer, the laminated assembly faces towards a protected product when in use, and the carburized polyimide layer faces towards the external environment, so that the star facial mask structure can be effectively prevented from being burnt under the action of a strong electromagnetic environment, and the protected product is prevented from being interfered by strong electromagnetic waves; the hole gap wrapping film is designed between the mask assembly and the protected product, so that the hole gap of the protected product can be plugged, and the problem of hole gap wave leakage is further prevented.)

具有强电磁环境防护能力的星表膜结构及安装方法

技术领域

本公开一般涉及卫星强电磁环境防护技术领域,具体涉及具有强电磁环境防护能力的星表膜结构及安装方法。

背景技术

由于卫星在当今社会中扮演的角色越来越重要,无论是通讯、导航、遥感卫星都对通信的质量和实时工作特性要求越来越高。特别是导航卫星对实时通信、抗干扰、精确定位等要求更为突出,强电磁环境会严重影响卫星的定位精度及通信,因此卫星对强电磁防护的要求也越来越高。

空间强电磁环境主要包括自然强电磁环境和人为强电磁环境。其中自然强电磁环境主要指太阳射频发射,其伴随着太阳耀斑和相关太阳活动的强烈爆发而愈加强烈。人为强电磁环境主要指高功率微波武器,电磁脉冲弹等产生的可对航天器产生损坏的高功率微波。

强电磁波对卫星的影响主要是通过前门耦合和后门耦合两大类。强电磁波经过前门或后门耦合到卫星内部,其能量在系统内形成瞬间的电场或者演变成随时间、空间变化的大电流、大电压,通过耦合进入的能量,经过电缆、波导等介质传导或者经由电磁空间辐射传输,到达系统内部的脆弱部位,如敏感单机、集成电路及电子元器件等。当功率或能量达到一定量级时会干扰设备的正常运行,甚至烧毁电子设备或器件。

目前,针对后门耦合微波进行防护时,通常采用添加屏蔽层的方式,而卫星本身在星表就包覆有一套热控防护多层,该防护层是经受强电磁波影响的第一道防线,但此套热控防护多层存在自身被强电磁波损坏的缺陷。因此,我们提出一种具有强电磁环境防护能力的星表膜结构及安装方法,用以解决上述的防护层自身易被强电磁波损坏、烧毁,影响系统内部电子设备或器件正常运行的问题。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足,期望提供一种防强电磁波干扰,防自身损坏、烧毁,成本低,结构简单且易于实现的具有强电磁环境防护能力的星表膜结构及安装方法。

第一方面,本申请提供一种具有强电磁环境防护能力的星表膜结构,包括:

层叠组件,

面膜组件,其包覆在所述层叠组件表面;所述面膜组件通过缝合线与所述层叠组件缝合连接;

所述面膜组件具有渗碳聚酰亚胺层和嵌设在所述渗碳聚酰亚胺层内的金属网;所述金属网的孔隙为0.25mm;使用时,所述层叠组件朝向被保护产品,所述面膜组件朝向外部环境;

孔洞缝隙包裹膜,其位于所述面膜组件与所述被保护产品之间,用于封堵孔洞缝隙;所述孔洞缝隙包裹膜具备外层渗碳聚酰亚胺层、内层渗碳聚酰亚胺层和设置在所述外层渗碳聚酰亚胺层与所述内层渗碳聚酰亚胺层之间的中间金属镍层;所述内层渗碳聚酰亚胺层相对靠近被保护产品;

所述外层渗碳聚酰亚胺层与所述内层渗碳聚酰亚胺层的厚度为5微米-10微米;所述中间金属镍层厚度为0.24微米。

根据本申请实施例提供的技术方案,所述面膜组件上开设有多个均匀分布的放气孔。

根据本申请实施例提供的技术方案,所述放气孔的直径为0.25mm,且相邻两个所述放气孔之间的间距为1.6mm。

根据本申请实施例提供的技术方案,所述放气孔为直径3mm,且相邻两个所述放气孔之间的间距为5cm。

根据本申请实施例提供的技术方案,所述渗碳聚酰亚胺层朝向外部环境的表面到所述金属网的距离为25微米;所述渗碳聚酰亚胺层靠近所述层叠组件的表面到所述金属网的距离为7微米。

根据本申请实施例提供的技术方案,所述渗碳聚酰亚胺层远离所述层叠组件的表面设有氧化铟锡膜。

根据本申请实施例提供的技术方案,所述金属网为直径20微米的银丝织成的银网。

根据本申请实施例提供的技术方案,所述缝合线为涤棉线或阻燃线。

第二方面,本申请提供一种基于上述的一种具有强电磁环境防护能力的星表膜结构的安装方法,其特征在于,包括以下步骤:

将孔洞缝隙包裹膜缠绕在被保护产品的孔洞缝隙外部,且包裹长度大于20cm;

利用面膜组件与层叠组件形成的多层组件结构覆盖在被保护产品的表面,且孔洞缝隙包裹膜位于所述多层组件结构下方,且不可有外露;

所述多层组件结构通过风琴片引出接地线,所述孔洞缝隙包裹膜通过所述接地压片引出接地线,两个接地线联合统一接地,以保证电连续。

根据本申请实施例提供的技术方案,所述接地压片包括:上压片、下压片及引线端子;

所述上压片为带有四个针脚的中心开孔的圆片结构;所述下压片为八腿圆片结构;所述引线端子为中空的圆片结构;

安装时,所述下压片的八条腿穿过所述孔洞缝隙包裹膜与所述上压片的中心开孔,所述引线端子依次穿过所述下压片的八条腿,叠放在所述上压片上方,再折弯所述下压片的八条腿并压实,以使所述孔洞缝隙包裹膜具备接地连接结构。

综上所述,本技术方案具体地公开了一种具有强电磁环境防护能力的星表膜结构的具体结构。本申请具体地通过在层叠组件表面包覆面膜组件,利用缝合线将二者缝合,面膜组件具备渗碳聚酰亚胺层和嵌设在渗碳聚酰亚胺层内的金属网,在使用时将层叠组件朝向被保护产品,渗碳聚酰亚胺层朝向外部环境,渗碳聚酰亚胺层可有效抑制金属网在强电磁波作用下的电子发射倍增,同时隔绝金属网、介质、真空三相点的作用,并且金属层本身具有抗电磁辐射及抗自身毁伤的作用,可有效防止此星表膜结构在强电磁环境作用下自身被烧毁,以及避免被保护产品受到强电磁波干扰;

通过在面膜组件与被保护产品之间设计孔洞缝隙包裹膜,其具备外层渗碳聚酰亚胺层、内层渗碳聚酰亚胺层和设置在外层渗碳聚酰亚胺层与内层渗碳聚酰亚胺层之间的中间金属镍层,在使用时中间金属镍层靠近被保护产品,可将被保护产品的孔洞缝隙进行封堵,面膜组件与层叠组件形成的多层组件结构覆盖在被保护产品表面,此时,孔洞缝隙包裹膜位于多层组件结构下方,以进一步地防止孔洞缝隙漏波问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述,本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显:

图1为面膜组件的结构示意图。

图2为面膜组件的剖视示意图。

图3为金属网的结构示意图。

图4为放气孔的结构示意图。

图5为一种具有强电磁环境防护能力的星表膜结构的结构示意图。

图6为孔洞缝隙包裹膜的结构示意图。

图7为孔洞缝隙包裹膜应用在孔洞封堵时的结构示意图。

图8为接地压片的结构示意图。

图中标号:1、面膜组件;2、反射层;3、间隔层;4、缝合线;5、放气孔;6、孔洞缝隙包裹膜;7、接地压片;8、穿舱线缆;9、星体舱板;10、风琴片;11、多层组件结构;

101、渗碳聚酰亚胺层;102、金属网;103、氧化铟锡膜;

601、外层渗碳聚酰亚胺层;602、中间金属镍层;603、内层渗碳聚酰亚胺层;

701、上压片;702、下压片;703、引线端子。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明,而非对该发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例一

请参考图1所示的本申请提供的一种具有强电磁环境防护能力的星表膜结构的第一种实施例的结构示意图,包括:

层叠组件,

面膜组件1,其包覆在所述层叠组件表面;所述面膜组件1通过缝合线4与所述层叠组件缝合连接;

所述面膜组件1具有渗碳聚酰亚胺层101和嵌设在所述渗碳聚酰亚胺层101内的金属网102;所述金属网102的孔隙为0.25mm;使用时,所述层叠组件朝向被保护产品,所述面膜组件1朝向外部环境;

孔洞缝隙包裹面膜组6,其位于所述面膜组件1与所述被保护产品之间,用于封堵孔洞缝隙;所述孔洞缝隙包裹面膜组6具备外层渗碳聚酰亚胺层601、内层渗碳聚酰亚胺层603和设置在所述外层渗碳聚酰亚胺层601与所述内层渗碳聚酰亚胺层603之间的中间金属镍层602;所述内层渗碳聚酰亚胺层603相对靠近被保护产品;

所述外层渗碳聚酰亚胺层601与所述内层渗碳聚酰亚胺层603的厚度为5微米-10微米;所述中间金属镍层602厚度为0.24微米。

在本实施例中,如图5所示,层叠组件,其具有反射层2,反射层2的数量为至少五个且层叠设置,用于增加红外辐射热阻;此处,反射层2的类型,例如为6微米-10微米厚度的双面镀铝的聚酯膜;

间隔层3,设置在相邻两个反射层2之间,起到隔离反射层2层间热传导的作用;此处,间隔层3的类型,例如为涤纶网;

面膜组件1,包覆在层叠组件表面,具有强电磁环境防护作用;具体地,如图1所示,面膜组件1具有渗碳聚酰亚胺层101和嵌设在渗碳聚酰亚胺层101内的金属网102,渗碳聚酰亚胺层101用于抑制金属网102在强电磁波作用下的电子发射倍增,同时隔绝金属网102、介质、真空三相点的作用;此外该渗碳聚酰亚胺层101需要渗碳是为了防静电电荷积累导致的静电放电的作用,同时起到强电磁波能量沉积在膜上的热量辐射散热的作用;

并且,由于受重量限制,渗碳聚酰亚胺层101在满足条件的情况下越薄越好,但其厚度需要保证大于电子半个微波周期的行程(约6.7微米),因此,如图2所示,此处,渗碳聚酰亚胺层101朝向外部环境的表面到金属网102的距离,例如为25微米;渗碳聚酰亚胺层101靠近层叠组件的表面到金属网102的距离,例如为7微米;

其中,氧化铟锡膜103,设置在渗碳聚酰亚胺层101远离所述层叠组件的表面,起到抗原子氧作用。

如图3所示,金属网102,具有抗电磁辐射及抗自身毁伤的作用;此处,金属网102的类型,例如为直径20微米的银丝织成的银网;

其中,网孔的边长a应小于1/4微波波长;空间强电磁环境的微波一般是指频率在1GHz-300GHz的电磁波,不失一般性,一般选取最短波长(对应300GHz频率)其波长约为1mm为屏蔽上限,则对应网孔边长a应满足a≤0.25mm,兼顾重量及成本等因素,优选地,银网的空隙为a=0.25mm。

进一步地,面膜组件1与层叠组件的连接方式,可选地,例如为缝合连接,具体连接方式,利用缝合线4将面膜组件1与层叠组件缝合起来,形成多层组件结构11;在使用时,层叠组件朝向被保护产品,渗碳聚酰亚胺层101朝向外部环境;此处,缝合线4的类型,例如为涤棉线或阻燃线。

进一步地,在实际应用中,还需考虑压力泄放的问题,因此需要在膜上打孔,开孔的尺寸应能满足电磁屏蔽的需要,同时还应满足压力泄放的需要;

如图4所示,放气孔5,开设在面膜组件1上,用于泄放压力;并且,此圆孔的规格需要同时满足电磁屏蔽与压力泄放的需求;具体地,强电磁波一般是指频率在1GHz-300GHz的电磁波,不失一般性,一般选取最短波长(对应300GHz频率)其波长约为1mm作为屏蔽的上限,则需要小孔的直径小于波长的1/4,即开的小孔直径只要在1/4mm以下即可满足屏蔽要求。因此开孔的直径应小于0.25mm,可以选择开孔直径为0.2mm。同时兼顾快速泄压特性,单位面积的小孔面积应大于等于行业标准所规定的开孔率0.5%-1%,此处取1%计算。

利用以下公式按照1cm2的面积计算圆孔间距:

其中,A为单位面积为1cm2,r为放气孔5的半径,由上式可计算单位面积的放气孔5数量N为32个,由此兼顾泄压裕度可计算放气孔5之间的间距应该不大于1.77mm。

此处,在理想状态下,放气孔5的直径,例如为0.25mm,且相邻两个放气孔5之间的间距,例如为1.6mm;其数量为单位面积内至少32个;而在实际应用中,放气孔5的直径可加工到3mm,相邻两个放气孔5之间的孔间距为5cm。

并且,此多层组件结构11在安装时,利用多层固定用销钉采用中空且两头金属封堵的形式安装,以杜绝孔洞贯通的情况发生。

此处,面膜组件的开孔和内部的反射层不同,内部反射层的放气孔则采用常规的3-5mm尺寸的放气孔,间隔约3-5cm,并且在安装时,组件边缘处需要该银网面膜包边处理。

如图6所示,当某些穿舱线缆需要穿舱时,则星体上存在孔洞缝隙,高功率微波很容易通过这些孔洞耦合到星体内部,导致星体内部敏感器件的干扰,甚至烧毁,因此需要对孔洞进行封堵。

为了防止穿舱线缆、波导、管路等引起的孔洞缝隙出现漏波问题,将抗电磁加固面膜组3设计为孔洞缝隙包裹膜6的结构;

具体地,孔洞缝隙包裹膜6用于吸收由于线缆引线所导致的漏波,让高功率的微波到达穿舱孔洞时功率大大减小;

孔洞缝隙包裹膜6具备依次设置的外层渗碳聚酰亚胺层601、中间金属层602和内层渗碳聚酰亚胺层603,并且,内层渗碳聚酰亚胺层603相对靠近被保护产品;外层渗碳聚酰亚胺层601与内层渗碳聚酰亚胺层603要尽可能薄,但同时应保证厚度大于电子半个微波周期的行程(约6.7微米),优选地,建议厚度为5-10微米;

进一步地,此处,聚酰亚胺应选择黑色的“渗碳聚酰亚胺”保证微波沉积的热量可以对外辐射,此外,外层渗碳聚酰亚胺层601与内层渗碳聚酰亚胺层603还具有静电导电的作用,方便相应的接地线的连接。

中间金属层602,设置在外层渗碳聚酰亚胺层601与内层渗碳聚酰亚胺层603之间,用于增强漏波的吸收特性,此处,中间金属层602的材质,例如为较高电阻率、导磁材料;其厚度可选用在1个趋肤深度以内;利用以下公式计算趋肤深度:

其中,ω为微波场振动的角频率(rad/s);μ0为金属导体在真空中的磁导率,其值为4π×10-7Hm-1;σ为金属的电导率(单位为Ω-1m-1)。

当角频率固定时,金属的电导率越大,相应的趋肤深度越小,对于镍材料而言选取最恶劣代表工况,按照射频脉冲频率为300GHz计算,对应的趋肤深度约为2.4×10-7m,即0.24微米。

实施例二

一种基于实施例一所述的一种具有强电磁环境防护能力的星表膜结构的安装方法,其特征在于,包括以下步骤:

将孔洞缝隙包裹膜6缠绕在被保护产品的孔洞缝隙外部,且包裹长度大于20cm;

利用面膜组件与层叠组件形成的多层组件结构11覆盖在被保护产品的表面,且孔洞缝隙包裹膜6位于所述多层组件结构11下方,且不可有外露;

所述多层组件结构通过风琴片10引出接地线,所述孔洞缝隙包裹膜6通过所述接地压片7引出接地线,两个接地线联合统一接地,以保证电连续。

在本实施例中,具体封堵孔洞缝隙过程,如图7所示,穿舱线缆8穿过星体舱板9后应贴壁走线,上部覆盖实施例一所述的星表多层隔热组件,穿舱线缆8出舱部分需要缠孔洞缝隙包裹膜6,并保证穿舱孔洞到孔洞缝隙包裹膜6边界有至少2个波长的距离,此处,例如取20cm,并且,该孔洞缝隙包裹膜6需在上述的多层组件结构11下方,不可单独暴露在星体外,并保证多层组件结构11连接的风琴片10连接有接地线,其与孔洞缝隙包裹膜6的接地线联通,统一接地。

进一步地,接地压片7可通过压联方式安装在孔洞缝隙包裹膜6上,具体安装方式,如图8所示,接地压片7具有配合使用的上压片701、下压片702和接地片703;其中,上压片701为带有四个针脚的中心开孔的圆片结构;下压片702为八腿圆片结构;引线端子703为中空的圆片结构;

在安装接地压片7时,上压片701与下压片702分别对应放置于孔洞缝隙包裹膜6的上、下表面,将下压片702的八条腿穿过所述孔洞缝隙包裹膜6与上压片701的中心开孔,引线端子依次穿过下压片702的八条腿,叠放在上压片701上方,再折弯下压片702的八条腿并压实,即可将接地压片7安装在孔洞缝隙包裹膜6上,使得孔洞缝隙包裹膜6具备接地连接结构。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解,本申请中所涉及的发明范围,并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案,同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下,由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

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