Arcs électriques sur panneaux solaires de satellite

Other literature type French OPEN
Amorim, Emmanuel (2002)
  • Subject: Environnement spatial | Panneau solaire de satellite | Décharge électrostatique | Arc secondaire | Arc dans le vide | Spots cathodiques | Spectroscopie d'émission | 629.4

Tout au long de leur durée de vie, les satellites sont en interaction constante avec l'environnement spatial. En orbite géostationnaire, les surfaces des satellites sont par exemple chargées par les particules de la magnétosphère, en particulier par les électrons. Récemment, des pertes de puissance ont été constatées sur certains satellites situés en orbite géostationnaire. Ces anomalies ont été corrélées avec des périodes d'environnement chargeant et s'expliqueraient par une décharge électrostatique "primaire" provoquant une "décharge secondaire" destructrice se produisant sur un panneau solaire de satellite. Nous avons réalisé une étude expérimentale où de nouveaux diagnostics spectroscopiques et optiques nous ont permis de déterminer avec certitude la nature de ces décharges et leurs conséquences. Ces caractérisations ont été effectuées sur des échantillons de cellules solaires réelles mais aussi sur des échantillons de laboratoire en cuivre, en zinc ou en argent. Ces deux phénomènes apparemment très différents sont de même nature : ce sont des arcs dans le vide. Ces deux types de décharges possèdent en effet les caractéristiques des arcs sous vide : courant d'arc supérieur à l'ampère, plasma de vapeurs métallique, cratères de métal fondu sur la surface de la cathode prouvant la présence de spots cathodiques. Les conditions d'initiation des arc secondaires ont été déterminées ainsi que l'évolution de leur durée de vie et des dommages en fonction des paramètres du circuit électrique et en fonction des échantillons. Satellite solar arrays are likely to be charged by the space environment. In a geostationary Earth orbit, satellite surfaces are charged during magnetospheric substorms leading to large potentials. Recently, in a geostationary Earth orbit, a new phenomenon has appeared which produces power losses. It has been hypothesised that such damages are produced by a “secondary discharge” triggered by a “primary” electrostatic discharge. These discharges are supposed to occur on the satellite solar array. Such electrostatic and secondary discharges are studied in this work on laboratory samples made of copper, silver and zinc, and on real solar cell samples. Electrical and new spectroscopic and optic diagnostics allow us to characterise these two discharge types. The results indicate clearly that both primary BSD and secondary discharges are vacuum arcs. The “primary” electrostatic discharges are then called aborted arcs while the “secondary discharges” are called secondary arcs. These discharges have the same characteristics than a vacuum arc: high current discharge, which produces its own conducting medium by electrode vaporisation, and microscopic analysis confirms the important local degradation of the cathode electrode produced by the so-called cathode spots. We have also characterised the secondary arc ignition, the lifetime and damage evolutions.
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