航天器磁性評(píng)估和控制方法

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中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

GB/TXXXXX—XXXX

代替GB/TGB32307—2015

`

航天器磁性評(píng)估和控制方法

Assessmentandcontrolmethodsofspacecraftmagneticproperty

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XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實(shí)施

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目次

前言................................................................................III

1范圍................................................................................1

2規(guī)范性引用文件......................................................................1

3術(shù)語(yǔ)和定義..........................................................................1

4航天器磁性評(píng)估和控制目的............................................................2

5航天器的主要磁源....................................................................2

5.1硬磁材料磁源....................................................................2

5.2軟磁材料磁源....................................................................2

5.3電流回路........................................................................3

6航天器的軌道磁場(chǎng)及特點(diǎn)..............................................................3

6.1地球磁場(chǎng)........................................................................3

6.2月球磁場(chǎng)........................................................................3

6.3太陽(yáng)磁場(chǎng)........................................................................3

6.4部分太陽(yáng)系行星際磁場(chǎng)............................................................3

6.5火星磁場(chǎng)........................................................................3

6.6木星磁場(chǎng)........................................................................3

7航天器磁性評(píng)估和控制流程............................................................3

8航天器磁性指標(biāo)要求..................................................................4

8.1航天器磁干擾力矩約束的磁矩指標(biāo)要求...............................................4

8.2航天器器載磁強(qiáng)計(jì)等磁敏感部件約束的干擾磁場(chǎng)指標(biāo)要求...............................5

9航天器磁性設(shè)計(jì)評(píng)估..................................................................5

9.1磁性設(shè)計(jì)評(píng)估目的................................................................5

9.2磁性設(shè)計(jì)評(píng)估主要計(jì)算方法........................................................5

9.3磁性設(shè)計(jì)評(píng)估項(xiàng)目................................................................6

9.4磁性設(shè)計(jì)評(píng)估報(bào)告................................................................7

10航天器磁性控制.....................................................................7

10.1航天器磁性控制要求.............................................................7

10.2航天器磁性控制措施.............................................................8

11航天器磁性測(cè)試....................................................................11

11.1航天器磁矩測(cè)試................................................................11

11.2航天器干擾磁場(chǎng)測(cè)試............................................................11

12航天器磁性測(cè)試誤差因素及評(píng)估......................................................12

12.1系統(tǒng)誤差因素及評(píng)估............................................................13

12.2隨機(jī)誤差因素及評(píng)估............................................................19

12.3測(cè)試結(jié)果有效性綜合評(píng)估........................................................20

附錄A（資料性）航天器磁矩的分類和計(jì)算...............................................23

附錄B（資料性）地球磁場(chǎng)環(huán)境模型.....................................................25

I

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附錄C（資料性）磁場(chǎng)和磁矩的單位制和單位轉(zhuǎn)換系數(shù).....................................26

附錄D（資料性）航天器磁矩量級(jí)與尺度分類.............................................27

附錄E（資料性）航天器單位質(zhì)量磁矩估值...............................................28

附錄F（資料性）自旋航天器的渦流效應(yīng)和磁滯阻尼.......................................29

附錄G（資料性）航天器磁性測(cè)試方法...................................................31

附錄H（資料性）近場(chǎng)分析法中幾種特殊的磁傳感器測(cè)試布局方法...........................40

附錄I（資料性）磁測(cè)試中鐵磁類工裝設(shè)備磁矩標(biāo)定方法...................................47

附錄J（資料性）航天器通用產(chǎn)品電機(jī)磁屏蔽前后磁性數(shù)據(jù).................................49

附錄K（資料性）航天器典型元器件和部件經(jīng)充退磁后的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)...........................52

附錄L（資料性）國(guó)內(nèi)外航天器磁場(chǎng)和磁強(qiáng)計(jì)特性.........................................53

參考文獻(xiàn).............................................................................54

II

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航天器磁性評(píng)估和控制方法

1范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了航天器磁性評(píng)估和磁性控制的目的、程序和方法。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于航天器及其部、組件的磁性評(píng)估和磁性控制。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

本文件沒有規(guī)范性引用文件。

3術(shù)語(yǔ)和定義

下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1

航天器剩磁場(chǎng)spacecraftresidualmagneticfield

在外加磁場(chǎng)消除以后航天器不工作時(shí)仍保留的磁場(chǎng)。

3.2

航天器剩磁矩spacecraftresidualmagneticmoment

航天器剩磁場(chǎng)所對(duì)應(yīng)的磁矩。

3.3

航天器雜散磁場(chǎng)spacecraftstraymagneticfield

航天器通電工作時(shí)，由電流引起的磁場(chǎng)。

3.4

航天器雜散磁矩spacecraftstraymagneticmoment

航天器雜散磁場(chǎng)所對(duì)應(yīng)的磁矩。

3.5

航天器感磁場(chǎng)spacecraftinductingmagneticfield

在內(nèi)、外部磁場(chǎng)因素作用下航天器軟磁材料感生的磁場(chǎng)。

1

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3.6

航天器感磁矩spacecraftinductingmagneticmoment

航天器感磁場(chǎng)所對(duì)應(yīng)的磁矩。

3.7

航天器渦流磁場(chǎng)spacecraftwhirlingmagneticfield

航天器或部件處于交變磁場(chǎng)中或在恒定磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)時(shí)，由其導(dǎo)體感生的渦流引起的磁場(chǎng)。

3.8

航天器渦流磁矩spacecraftwhirlingmagneticmoment

航天器渦流磁場(chǎng)所對(duì)應(yīng)的磁矩。

3.9

航天器干擾磁場(chǎng)spacecraftinterferingmagneticfield

航天器在器載磁傳感器及磁敏感部件位置處產(chǎn)生的磁場(chǎng)。

3.10

零磁線圈系統(tǒng)zeromagneticfieldcoilsystem

以正交三軸方式繞制的線圈裝置，當(dāng)對(duì)線圈通電時(shí)，沿單軸或多軸產(chǎn)生磁場(chǎng)，用來抵消有限空間中

的地磁場(chǎng)。

3.11

充退磁線圈系統(tǒng)magnetizationanddemagnetizationcoilsystem

由導(dǎo)線繞成用于試件充磁或退磁的線圈裝置。當(dāng)通以直流或交流電時(shí)，在線圈中心軸向產(chǎn)生直流或

交流磁場(chǎng)。

4航天器磁性評(píng)估和控制目的

4.1評(píng)估和控制航天器的磁矩，使其滿足姿控系統(tǒng)允許的最大磁干擾力矩要求。

4.2評(píng)估和控制航天器產(chǎn)生的磁場(chǎng)，使其在器載磁強(qiáng)計(jì)傳感器等磁敏感部件安裝部位區(qū)域的干擾磁場(chǎng)不

影響磁敏感部件的性能。

5航天器的主要磁源

5.1硬磁材料磁源

航天器主要的硬磁材料磁源有：繼電器、行波管、磁記錄器、鐵氧體隔離器、環(huán)行器、電機(jī)、開關(guān)、

飛輪、電磁閥、變壓器、電感器、動(dòng)能類載荷永磁部件等。

5.2軟磁材料磁源

航天器主要的軟磁材料磁源有：電子部件引線、緊固件、軸承、晶體管外殼、金屬密封圈、電池、

硅鋼片等。

2

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5.3電流回路

電流回路是航天器的主要磁源，包括航天器內(nèi)設(shè)備之間和設(shè)備內(nèi)部件之間的供電電纜構(gòu)成的電流回

路、太陽(yáng)電池陣中的電流通道與回流母線、天線陣及電池正負(fù)線供電回路、溫控加熱片供電回路、螺線

管和環(huán)型繞組、變壓器和電感器繞組、接地電流通路等。結(jié)構(gòu)部件中的渦流效應(yīng)也可能產(chǎn)生電流回路。

電流回路產(chǎn)生磁矩的大小與通電電流、回路的面積和線圈匝數(shù)成正比。

航天器的主要磁矩包括剩磁矩、雜散磁矩、感生磁矩和渦流磁矩，具體計(jì)算方法參見附錄A。

6航天器的軌道磁場(chǎng)及特點(diǎn)

6.1地球磁場(chǎng)

6.1.1概述

航天器圍繞地球航行時(shí)所處的軌道磁場(chǎng)為地磁場(chǎng)，地磁場(chǎng)的模型與算法見附錄B。

6.1.2地球低軌道（1000km以下）

當(dāng)航天器星下點(diǎn)處于最高緯度處時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度最大，在赤道附近較弱。

-5

磁感應(yīng)強(qiáng)度最小值|B|min=3310T。

-5

磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值|B|max=7310T。

6.1.3地球同步軌道

磁感應(yīng)強(qiáng)度B約為1.5310-7T。

6.1.4地磁晝夜波動(dòng)

地磁晝夜波動(dòng)規(guī)律為晝強(qiáng)夜弱，磁場(chǎng)強(qiáng)度變化范圍約為5310-8T～1310-7T。

6.2月球磁場(chǎng)

月球表面磁場(chǎng)一般在1310-9T～1310-8T以內(nèi)。最大磁場(chǎng)強(qiáng)度約為1310-7T(撞擊盆地對(duì)峙區(qū)域)。

6.3太陽(yáng)磁場(chǎng)

太陽(yáng)一般磁場(chǎng)：1310-4T～２310-4T。

太陽(yáng)黑子磁場(chǎng)變化范圍：1310-2T～1310-1T；變化周期約11a。

6.4部分太陽(yáng)系行星際磁場(chǎng)

航天器在行星際飛行時(shí)的軌道磁場(chǎng)變化范圍為0T～1310-7T。

6.5火星磁場(chǎng)

火星表面磁場(chǎng)約為1310-7T～1310-6T（南半球）。

6.6木星磁場(chǎng)

木星表面磁場(chǎng)約為5310-4T。

7航天器磁性評(píng)估和控制流程

航天器磁性評(píng)估和控制應(yīng)貫徹于航天器研制的全過程。在器載磁傳感器和磁敏感設(shè)備的研制和裝配

過程中，避免使用帶有強(qiáng)磁性的工具進(jìn)行操作。在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)同步確定航天器剩磁矩等控制指

標(biāo)，剔除不必要考慮的磁敏感設(shè)備，避免使用永磁材料，控制使用軟磁材料，使電流回路面積最小化。

航天器磁性設(shè)計(jì)包括分配指標(biāo)、確定各種磁性控制的原則和措施等，并在設(shè)計(jì)過程中貫徹執(zhí)行，同時(shí)應(yīng)

制定驗(yàn)收試驗(yàn)的內(nèi)容和方法并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。磁性評(píng)估和控制流程見圖1。

3

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開始

確定航天器整器、分系統(tǒng)、設(shè)備

及部組件磁性指標(biāo)

基于仿真的磁性設(shè)計(jì)評(píng)估

材料選擇、電流回路優(yōu)化等

磁性控制措施的實(shí)施

設(shè)備或部件磁測(cè)試

否充退磁和/或磁補(bǔ)償或設(shè)計(jì)工

磁性是否滿足要求

藝改進(jìn)

是

整器磁測(cè)試

整器在軌狀態(tài)磁性合成

否整器磁補(bǔ)償或設(shè)計(jì)工藝改

整器磁性是否滿足要求

進(jìn)

是

整器磁性測(cè)試評(píng)估

完成

圖1航天器磁性評(píng)估和控制流程圖

8航天器磁性指標(biāo)要求

8.1航天器磁干擾力矩約束的磁矩指標(biāo)要求

a)一般要求磁干擾力矩L為航天器總干擾力矩的1/λ，其中λ為3～10，λ值由航天器姿控系

4

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統(tǒng)任務(wù)要求確定。

b)對(duì)于一般尺寸的航天器，可認(rèn)為在其所占據(jù)的空間范圍內(nèi)的軌道磁場(chǎng)是均勻的，不需考慮磁場(chǎng)

梯度的影響，這時(shí)作用在航天器上的磁干擾力矩由公式（1）確定，不同單位制中磁矩單位量綱轉(zhuǎn)換系

數(shù)參見附錄C。

L=M×B…………………(1)

式中：

L——航天器的磁干擾力矩，單位為牛米（N·m）；

M——航天器的磁偶極矩，單位為安培平方米（A·m2）；

B——航天器的軌道磁感應(yīng)強(qiáng)度，單位為特斯拉（T）。

注：公式（1）中的M和B應(yīng)當(dāng)在同一坐標(biāo)系中表示。

c)一般需通過姿控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真，由航天器在軌情況下的磁干擾力矩計(jì)算航天器磁矩

指標(biāo)要求。

8.2航天器器載磁強(qiáng)計(jì)等磁敏感部件約束的干擾磁場(chǎng)指標(biāo)要求

a)對(duì)于探測(cè)空間磁場(chǎng)的航天器，其自身產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)器載磁強(qiáng)計(jì)的干擾控制程度取決于器載磁強(qiáng)

計(jì)傳感器的量程、精度指標(biāo)。

b)對(duì)載有探測(cè)空間其它粒子的磁敏感部件航天器，航天器干擾磁場(chǎng)允許值由任務(wù)書中的技術(shù)指標(biāo)

確定。

c)航天器自身磁場(chǎng)應(yīng)保持在一定水平以下，以防止磁傳感器等磁敏感部件受航天器自身磁場(chǎng)干擾

而影響其功能實(shí)現(xiàn)。磁敏感部件安裝位置是決定航天器剩磁場(chǎng)指標(biāo)的另一個(gè)關(guān)鍵因素，公式（2）說明

了一個(gè)偶極子矩為M的部件在距離R處產(chǎn)生的干擾磁場(chǎng),不同單位制中磁場(chǎng)單位量綱轉(zhuǎn)換系數(shù)參見附錄

C。

BI=200M/R3……………………(2)

式中：

BI——航天器干擾磁場(chǎng)，單位為納特（nT）；

R——距離，單位為米（m）。

d)當(dāng)需要探測(cè)行星際空間弱磁場(chǎng)或高精度探測(cè)地磁場(chǎng)時(shí)，需對(duì)航天器剩磁場(chǎng)及穩(wěn)定性提出嚴(yán)格要

求。

9航天器磁性設(shè)計(jì)評(píng)估

9.1磁性設(shè)計(jì)評(píng)估目的

航天器磁性設(shè)計(jì)評(píng)估目的是確定航天器主要磁源并初步估計(jì)航天器磁矩量值和磁敏感單機(jī)部位磁

場(chǎng)量值,從而得出磁性設(shè)計(jì)是否滿足任務(wù)要求的初步結(jié)論。

9.2磁性設(shè)計(jì)評(píng)估主要計(jì)算方法

航天器磁性設(shè)計(jì)評(píng)估一般采用以下方法進(jìn)行仿真計(jì)算：

a)僅考慮偶極子矩產(chǎn)生的磁場(chǎng)時(shí)，采用偶極子作圖法進(jìn)行產(chǎn)品磁矩、磁場(chǎng)分布計(jì)算；

b)考慮偶極子矩及多極子矩產(chǎn)生的磁場(chǎng)時(shí)，采用球面作圖或赤道作圖分析方法進(jìn)行產(chǎn)品磁矩、磁

場(chǎng)分布計(jì)算；

c)對(duì)于整器級(jí)復(fù)雜邊界條件的磁矩和磁場(chǎng)的分布計(jì)算，按9.3.2的要求采用專業(yè)磁仿真軟件，進(jìn)

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行綜合仿真模擬計(jì)算。

9.3磁性設(shè)計(jì)評(píng)估項(xiàng)目

9.3.1部、組件磁性評(píng)估

在航天器產(chǎn)品研制的初始階段，可根據(jù)類似的繼承性航天器部組件產(chǎn)品的磁矩?cái)?shù)據(jù)對(duì)新研制航天器

部組件產(chǎn)品的磁矩進(jìn)行估值。如果沒有類似的成熟航天器部組件產(chǎn)品的數(shù)據(jù)，則可根據(jù)在研航天器部組

件產(chǎn)品的相應(yīng)參數(shù)，例如質(zhì)量、材質(zhì)與幾何特性、工作方式、功耗、電纜布局、任務(wù)要求和裝載部件情

況等進(jìn)行綜合估值，計(jì)算方法見附錄A。

9.3.2航天器磁性評(píng)估

估算和仿真

可根據(jù)類似的繼承性航天器產(chǎn)品的磁矩?cái)?shù)據(jù)對(duì)同類新研航天器產(chǎn)品的磁矩進(jìn)行估值。如果沒有類似

的成熟航天器的數(shù)據(jù)，則必須基于部件或系統(tǒng)的磁性數(shù)據(jù)，進(jìn)行仿真估算。磁矩估值可參照附錄E中的

試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

航天器整器磁矩、磁場(chǎng)仿真流程

仿真流程見圖2。

航天器不工作狀態(tài)的磁仿真航天器主要電纜網(wǎng)的磁仿真

太

主要部件磁試驗(yàn)電纜網(wǎng)物理模型

陽(yáng)

陣

、

天

部件磁仿真模型

線電纜網(wǎng)數(shù)學(xué)模型

陣

排列布局

等

大

整星磁仿真模型參量設(shè)置

型

部

件

磁場(chǎng)/磁矩仿真計(jì)算仿真計(jì)算

仿真結(jié)果/優(yōu)化設(shè)計(jì)仿真結(jié)果/優(yōu)化設(shè)計(jì)

仿真計(jì)算

圖2航天器磁性仿真流程圖

磁仿真估算主要內(nèi)容

主要內(nèi)容如下：

a)航天器不工作狀態(tài)下的磁仿真:利用航天器不工作狀態(tài)下部件磁試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行部件磁仿真建

模，在航天器部件建模的基礎(chǔ)上進(jìn)行整星建模，然后進(jìn)行航天器磁場(chǎng)和磁矩的仿真計(jì)算。在此

基礎(chǔ)上，通過對(duì)整星磁模型中一些部件位置和方向的變化，進(jìn)行組合排列優(yōu)化計(jì)算，來設(shè)計(jì)計(jì)

算航天器的磁矩、磁場(chǎng)分布特性。

6

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b)航天器主要電纜網(wǎng)的磁仿真：合理選取對(duì)磁場(chǎng)有較大貢獻(xiàn)的主要電纜進(jìn)行建模計(jì)算。在此基礎(chǔ)

上，通過對(duì)航天器主要電纜網(wǎng)磁模型中一些電纜位置和走向的改變，進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，來設(shè)計(jì)計(jì)

算航天器的磁矩、磁場(chǎng)分布特性。

c)綜合磁仿真：結(jié)合航天器不工作狀態(tài)下的磁場(chǎng)仿真模型和航天器主要電纜網(wǎng)磁場(chǎng)仿真模型，對(duì)

航天器工作狀態(tài)下的磁矩、磁場(chǎng)進(jìn)行綜合仿真。

9.4磁性設(shè)計(jì)評(píng)估報(bào)告

航天器產(chǎn)品完成磁性設(shè)計(jì)仿真后，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行磁性評(píng)估，并編寫航天器產(chǎn)品磁性設(shè)計(jì)評(píng)估報(bào)告，評(píng)

估報(bào)告一般包括以下內(nèi)容：

a)評(píng)估目的；

b)評(píng)估項(xiàng)目；

c)評(píng)估計(jì)算方法；

d)評(píng)估數(shù)據(jù)分析，包括航天器磁矩仿真數(shù)據(jù)結(jié)果分析、航天器磁場(chǎng)仿真數(shù)據(jù)結(jié)果分析、磁敏感部

件區(qū)域磁場(chǎng)曲線圖、二維及三維磁場(chǎng)云圖繪制、仿真誤差分析等；

e)評(píng)估結(jié)論。

10航天器磁性控制

10.1航天器磁性控制要求

10.1.1磁性控制要求分類

航天器磁性控制的程度取決于任務(wù)書的要求，磁性控制（磁凈化）的要求通常表示為航天器允許的

最大磁偶極子矩及對(duì)航天器局部（磁敏感儀器安裝部位）磁場(chǎng)強(qiáng)度量值或變化量的限制，對(duì)航天器的磁

性控制要求分類見表1。

表1航天器磁性控制要求分類

控制要求I類II類III類

制定磁性控制的正式規(guī)范，審定制定材料和部件的選擇規(guī)

電流回路控制，避免軟磁材

設(shè)計(jì)材料和部件清單，按電流回路配范，避免軟磁材料或電流回

料

對(duì)排列安裝部件抵消雜散磁場(chǎng)路

對(duì)可能成為偶極子源的部

磁測(cè)試全部零部件磁性檢查和磁測(cè)試重點(diǎn)部件磁性檢查和測(cè)試

件進(jìn)行磁測(cè)試

部件和整個(gè)航天器消磁，航天器部件消磁、航天器磁測(cè)試和

補(bǔ)償選擇性磁測(cè)試和磁補(bǔ)償

磁測(cè)試和磁補(bǔ)償磁補(bǔ)償

注１：I類—探測(cè)行星際空間弱磁場(chǎng)類或高精度探測(cè)地磁場(chǎng)類航天器；II類—利用磁強(qiáng)計(jì)確定姿態(tài)或測(cè)量小擾動(dòng)

磁場(chǎng)信號(hào)類航天器；III類—探測(cè)木星類等較強(qiáng)磁場(chǎng)航天器。

注２：I類是嚴(yán)格磁設(shè)計(jì)和磁性控制；II、III類是一般磁設(shè)計(jì)和磁性控制。

10.1.2各部件、設(shè)備的磁矩控制要求

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根據(jù)航天器總的磁矩、磁場(chǎng)要求分別對(duì)航天器主要設(shè)備、部件提出磁矩指標(biāo)要求，并針對(duì)各設(shè)備、

部件磁性特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)大小、使用磁性元器件和材料的情況等確定磁試驗(yàn)要求。

10.2航天器磁性控制措施

10.2.1材料和元器件選擇

a)在保證部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度條件下，應(yīng)選用鈦、銅、鋁、不銹鋼（磁化系數(shù)小于10-5）等材料代替

有磁性不銹鋼等作為航天器材料。航天器用的螺母、螺栓、螺釘、螺紋墊圈、墊片等緊固件，M6以上

一般應(yīng)選用無磁不銹鋼或其它非磁性材料（如1Cr18Ni9Ti和鈦合金）制成，M6以上(含M6)不銹鋼緊固

件必須經(jīng)退磁處理。對(duì)器載磁強(qiáng)計(jì)傳感器附近結(jié)構(gòu)件及緊固件必須采用鈦合金等無磁材料。

注：鋁、金、銀、鈦、錳、鎘、銅、鋅、銀鎳合金等為航天器常用的非磁性金屬。

b)在特性參數(shù)相同情況下應(yīng)盡量選用低磁或無磁的元器件。

10.2.2結(jié)構(gòu)布局和配置

元器件、部組件和設(shè)備結(jié)構(gòu)布局

對(duì)于元器件、部組件和設(shè)備結(jié)構(gòu)布局的要求如下：

a)元器件：由于設(shè)備及部件的特殊功能需要，其內(nèi)部某些元器件仍要采用永磁材料或一些高導(dǎo)磁

率材料時(shí),應(yīng)將這些磁性元器件（如繼電器等）在設(shè)備和部件中進(jìn)行合理布局，采用相同規(guī)格

的偶數(shù)個(gè)元器件使其磁性相互抵消配置；

b)部組件：航天器部組件（如鎘鎳電池組，配電器、飛輪等）在進(jìn)行結(jié)構(gòu)布局時(shí)應(yīng)充分考慮磁設(shè)

計(jì)因素對(duì)其進(jìn)行合理排列，使其組合磁場(chǎng)相互抵消；

c)大型部件或分系統(tǒng)：可采用局部和整體配對(duì)抵消的方法將大型部件或分系統(tǒng)（如太陽(yáng)電池陣、

天線陣系統(tǒng)等）中若干相同部件、

d)模塊合理配對(duì)排列，使它們產(chǎn)生的合成磁矩和磁場(chǎng)最小；

e)磁敏感部件：通過例行試驗(yàn)明確磁敏感部件的磁干擾強(qiáng)度閾值，合理安排磁敏感部件安裝位置

使其盡可能遠(yuǎn)離星上的主要磁源；在結(jié)構(gòu)可靠性允許條件下，可采用伸展機(jī)構(gòu)模式使磁敏感部

件遠(yuǎn)離航天器本體，以減少或避免航天器磁源對(duì)其的影響。

布線

控制星上電纜的電流回路面積和限制回路數(shù)量并采用單點(diǎn)接地系統(tǒng)是控制航天器雜散磁矩的關(guān)鍵，

航天器所用電纜及布局應(yīng)滿足如下要求：

a)設(shè)備內(nèi)的電流回路應(yīng)盡可能采用絞合線，無法采用絞合線時(shí)，電流回路正線和回線應(yīng)盡量靠攏；

b)星體艙內(nèi)系統(tǒng)間供電電纜走線（如以下幾種：①外電狀態(tài)下電源控制器至蓄電池正、負(fù)極間供

電線路；②內(nèi)電狀態(tài)下電源控制器至蓄電池正、負(fù)極間供電線路；③蓄電池間的功率電纜供電

線路；④蓄電池正極至電流測(cè)量盒間供電線路；⑤電流測(cè)量盒至天線配電器間供電線路；⑥天

線配電器至蓄電池負(fù)極間供電線路）應(yīng)采取來回并行走線走向方式，使各供電電纜電流回路圍

成的面積最小。上述走線設(shè)計(jì)后，航天器某種工況下雜散磁矩仍很大；且星體艙內(nèi)系統(tǒng)間單機(jī)

安裝位置、接口位置等無法布局改進(jìn)時(shí)，可采用增加系統(tǒng)間供電電纜長(zhǎng)度方法，并針對(duì)已知工

況下流經(jīng)該電纜的電流值及該工況下整器某象限軸上產(chǎn)生的雜散磁矩值，反向布局一定面積電

纜回路，可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)抵消該軸上的雜散磁矩。采用帶有標(biāo)志的卡箍嚴(yán)格敷設(shè)綁扎好電纜，確保

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電纜回路面積固定不變、安全可靠；

c)在接地通路中應(yīng)避免形成較大面積的電流回路；

d)太陽(yáng)電池陣電纜走線布局要求如下：

1)單塊電池板內(nèi)采用S形走向，避免構(gòu)成較大電流回路，并使相鄰模塊電流回路產(chǎn)生的磁

矩相互抵消；

2)使單翼板與板之間電流回路產(chǎn)生的磁矩相互抵消；

3)兩翼對(duì)稱陣板之間電流流向應(yīng)對(duì)稱布局。

e)蓄電池塊布線要求如下：

1)電池輸出端功率電纜應(yīng)盡量敷設(shè)在正負(fù)極附近，使其產(chǎn)生磁矩的電流回路有效面積最小；

2)單排電池塊敷設(shè)功率線電纜結(jié)構(gòu)拉桿應(yīng)盡量安裝在正負(fù)極連線中間；

3)溫控供電回路電纜應(yīng)靠近捆扎并盡量敷設(shè)在正負(fù)極柱連線附近，使其產(chǎn)生合成磁矩的電

流回路有效面積最小。

f)天線布線要求如下：

1)控制天線陣面上各模塊的接地線長(zhǎng)度，使接地通路形成的電流回路面積最??；

2)天線陣面的供電和控制電纜正負(fù)線均應(yīng)采用雙絞線，板內(nèi)部件及模塊應(yīng)對(duì)稱性布局；

3）散線連接的熱控電纜正負(fù)線應(yīng)置于同一束內(nèi)，并采取對(duì)稱性布局，使其產(chǎn)生的磁性相互抵

消；

4）使單翼板與板之間電流回路產(chǎn)生的磁矩相互抵消；

5）兩翼對(duì)稱陣板之間電流流向應(yīng)對(duì)稱布局。

10.2.3避免磁滯效應(yīng)、渦流效應(yīng)措施

a)磁滯效應(yīng)僅在快速自旋航天器中帶有細(xì)長(zhǎng)的棒狀軟磁材料中顯現(xiàn)，應(yīng)盡量避免該種形狀、材料

的產(chǎn)品使用。

b)渦流效應(yīng)僅在快速自旋航天器上顯現(xiàn)。通過在航天器結(jié)構(gòu)中插入絕緣材料來阻斷渦流通路，避

免在通過自旋軸的平面內(nèi)形成大面積傳導(dǎo)電路。航天器渦流效應(yīng)和磁滯阻尼的計(jì)算參見附錄F。

10.2.4充、退磁處理

充、退磁原理

為考核某些設(shè)備或系統(tǒng)磁敏感度，可將磁敏感部件置于充退磁線圈裝置中，充磁是在直流磁場(chǎng)中進(jìn)

行，產(chǎn)品所受的直流磁場(chǎng)量級(jí)由任務(wù)書規(guī)定的指標(biāo)確定。

航天器及某些部件（如鎘鎳電池組等）含有較大的磁性（軟磁性），可進(jìn)行退磁處理以減少磁矩。

退磁前，必須先對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行充磁，以更有效退磁并保證退磁后產(chǎn)品的磁穩(wěn)定性。退磁是在抵消了地磁場(chǎng)

的近零磁場(chǎng)空間中進(jìn)行，常用的方法是將充退磁線圈置于近零磁場(chǎng)空間中央，產(chǎn)品置于充退磁線圈內(nèi)，

先施加直流磁場(chǎng)進(jìn)行充磁，然后施加按指數(shù)衰減或直線衰減緩慢至零的交流磁場(chǎng)進(jìn)行退磁。退磁前后產(chǎn)

品磁性的變化須進(jìn)行測(cè)定，用以確定退磁效果。磁場(chǎng)和磁矩測(cè)量方法，充、退磁設(shè)備性能參數(shù)等參見附

錄G，航天器典型元器件和部件經(jīng)充退磁后的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)參見附錄k。

充、退磁試驗(yàn)

充、退磁試驗(yàn)按下列步驟進(jìn)行：

a)將航天器置于試驗(yàn)中心區(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)上，開啟零磁線圈設(shè)備及充、退磁程控電源；

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b)測(cè)量充磁前磁矩；

c)選擇充磁模式、電流、時(shí)間等參數(shù)后進(jìn)行充磁；

d)測(cè)量充磁后磁矩；

e)選擇退磁模式、電流、頻率、時(shí)間等參數(shù)后進(jìn)行退磁；

f)測(cè)量退磁后磁矩。

10.2.5磁屏蔽

a)由于電性能等特殊要求，某些航天器部件必須使用一些磁性元器件，造成該部件磁性嚴(yán)重超標(biāo)、

或影響航天器所載磁強(qiáng)計(jì)磁場(chǎng)探測(cè)功能、或磁性敏感部件受磁干擾后不能正常工作等情況時(shí)，在總體結(jié)

構(gòu)、重量允許的范圍內(nèi)可采用磁屏蔽方法控制其磁性。

b)采用高導(dǎo)磁率金屬，如坡莫（鐵鎳）合金、鐵磁材料、圓鋼、2Cr13不銹鋼等材料加工的一層

或幾層屏蔽罩殼對(duì)展開機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源開關(guān)和射頻環(huán)形器開關(guān)等產(chǎn)品進(jìn)行磁屏蔽是減少磁

矩、降低磁場(chǎng)的有效措施。材料的磁導(dǎo)率愈高，罩壁愈厚，屏蔽效果就愈顯著。

c)為了避免部分漏磁以達(dá)到更好的磁屏蔽效果，可采用多層屏蔽。

d)產(chǎn)品屏蔽前后需進(jìn)行磁矩測(cè)量以確定有效性，必要時(shí)進(jìn)行充退磁試驗(yàn)；典型產(chǎn)品屏蔽前后磁場(chǎng)

和磁矩參考數(shù)據(jù)見附錄J。

10.2.6磁補(bǔ)償

a)航天器及其某些部件在經(jīng)過磁設(shè)計(jì)、退磁等方法處理后對(duì)其進(jìn)行磁測(cè)試，如其磁性指標(biāo)仍超過

要求，應(yīng)進(jìn)行磁補(bǔ)償以降低磁性。磁補(bǔ)償主要采用機(jī)械強(qiáng)度好、居里點(diǎn)溫度高、高內(nèi)稟矯頑力和高磁能

積的永磁材料(如：銣鐵硼、釤鈷系列)安裝于航天器及其某些部件上，分別對(duì)航天器及其某些部件X、Y、

Z三個(gè)正交方向上的磁矩值進(jìn)行抵消。

b)永磁補(bǔ)償塊的布局主要原則如下：

1)避免對(duì)磁場(chǎng)感應(yīng)靈敏設(shè)備的干擾；

2)盡量選擇在磁矩較大的設(shè)備附近；

3)對(duì)稱性設(shè)置。

c)航天器磁矩補(bǔ)償主要方法如下：

1)根據(jù)磁矩測(cè)試結(jié)果，選定標(biāo)準(zhǔn)磁補(bǔ)償塊量級(jí)，標(biāo)明極性；

2)在航天器表面選定補(bǔ)償位置；

3)用航天專業(yè)用結(jié)構(gòu)膠將補(bǔ)償塊粘貼固定；

4)按工藝文件要求用硅橡膠對(duì)磁補(bǔ)償塊外部進(jìn)行加固。

d)航天器及其某些部件在磁補(bǔ)償前后均應(yīng)進(jìn)行磁場(chǎng)和磁矩的測(cè)量，以測(cè)定其補(bǔ)償效果。磁補(bǔ)償后

磁矩測(cè)量方法參見附錄G。

e)航天器產(chǎn)品經(jīng)過磁性設(shè)計(jì)和研制后，必須進(jìn)行磁性測(cè)試評(píng)估和驗(yàn)收。若測(cè)試結(jié)果超出了任務(wù)書

規(guī)定要求，則按本章所述的相關(guān)措施對(duì)航天器產(chǎn)品進(jìn)行磁矩和磁場(chǎng)控制直至滿足設(shè)計(jì)指標(biāo),測(cè)試方法參見

附錄G。

10.2.7后續(xù)磁性控制措施

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a)航天器及其部件在環(huán)境試驗(yàn)和運(yùn)輸過程中可能會(huì)因設(shè)備及其它較強(qiáng)磁源產(chǎn)生的磁場(chǎng)而引起其磁

性變化。某些磁敏感部件在進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，振動(dòng)臺(tái)的較強(qiáng)磁場(chǎng)（小振動(dòng)臺(tái)約5Gs、大振動(dòng)臺(tái)約20Gs）

會(huì)對(duì)其磁性產(chǎn)生一定的影響。若影響較大則應(yīng)對(duì)這些部件進(jìn)行磁性復(fù)測(cè)，超過磁性指標(biāo)要求時(shí)應(yīng)采取退

磁措施。航天器磁測(cè)試一般應(yīng)選擇在振動(dòng)試驗(yàn)后進(jìn)行。

b)航天器在經(jīng)最后磁試驗(yàn)后直至發(fā)射前，都應(yīng)避免暴露于較強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境中。對(duì)于I類磁性控制要

求的航天器，在其轉(zhuǎn)運(yùn)等過程中，應(yīng)在其周圍裝載磁場(chǎng)跟蹤報(bào)警裝置。如遭受強(qiáng)磁污染，應(yīng)重新對(duì)航天

器磁性進(jìn)行評(píng)估和控制。

11航天器磁性測(cè)試

11.1航天器磁矩測(cè)試

11.1.1磁矩測(cè)試目的

驗(yàn)證航天器磁設(shè)計(jì)、磁控制措施后，航天器的磁矩指標(biāo)是否達(dá)到任務(wù)書規(guī)定要求。航天器的磁場(chǎng)和

器載磁強(qiáng)計(jì)參數(shù)參見附錄L。

11.1.2磁矩測(cè)試項(xiàng)目

航天器磁矩測(cè)試項(xiàng)目如下：

a)航天器主要部組件靜態(tài)、不同通電工況下的磁矩；

b)航天器本體外大型部件（太陽(yáng)陣、天線陣、動(dòng)能類超大磁矩載荷部件）靜態(tài)、不同通電工況下

的磁矩；

c)航天器本體靜態(tài)、不同通電工況下的磁矩。

11.1.3磁矩測(cè)試方法

航天器磁矩測(cè)試方法有力矩法和磁場(chǎng)反演法（也稱磁場(chǎng)作圖法）。其中磁場(chǎng)作圖法是最常用的方法，

主要有偶極子作圖法、球面作圖法、赤道作圖法。磁場(chǎng)作圖法一般在距航天器一定距離處布置若干磁測(cè)

量?jī)x器，測(cè)量航天器赤道面上三個(gè)方向磁場(chǎng)強(qiáng)度，經(jīng)過數(shù)學(xué)反演獲得航天器磁矩，具體測(cè)試方法參見附

錄G。

11.1.4磁矩測(cè)試評(píng)估報(bào)告

航天器產(chǎn)品完成磁矩測(cè)試后，編寫航天器產(chǎn)品磁測(cè)試報(bào)告并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行磁性評(píng)估、磁矩測(cè)試數(shù)據(jù)誤

差分析、有效性判定等。測(cè)試報(bào)告主要內(nèi)容如下：

a)試驗(yàn)?zāi)康模?/p>

b)試驗(yàn)項(xiàng)目；

c)試驗(yàn)設(shè)備；

d)試驗(yàn)方法；

e)試驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差分析；

f)試驗(yàn)數(shù)據(jù)有效性判定；

g)航天器本體與本體外大型部件總的合成磁矩結(jié)果。

11.2航天器干擾磁場(chǎng)測(cè)試

11.2.1干擾磁場(chǎng)測(cè)試目的

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驗(yàn)證航天器磁設(shè)計(jì)、磁控制措施后，航天器在磁敏感部件安裝位置處的局部磁場(chǎng)值是否達(dá)到任務(wù)書

規(guī)定要求。

11.2.2干擾磁場(chǎng)測(cè)試項(xiàng)目

航天器磁場(chǎng)測(cè)試項(xiàng)目如下：

a)器載磁傳感器及磁敏感部件安裝位置局部區(qū)域所受航天器本體磁場(chǎng)干擾值；

b)器載磁傳感器及磁敏感部件安裝位置局部區(qū)域所受航天器本體外大型部件磁場(chǎng)干擾值。

11.2.3干擾磁場(chǎng)測(cè)試方法

航天器本體磁場(chǎng)地面實(shí)際測(cè)試

將地面磁測(cè)試儀器置于航天器器載磁傳感器及其它磁敏感部件實(shí)際安裝位置處，直接獲取航天器靜

態(tài)、不同工況下磁場(chǎng)值。

太陽(yáng)陣等大型部件磁場(chǎng)地面實(shí)際測(cè)試

將地面磁測(cè)儀器置于距太陽(yáng)陣等大型部件實(shí)際安裝位置處，用以模擬器載磁傳感器或磁敏感設(shè)備與

大型部件之間相對(duì)位置狀態(tài)時(shí)所受磁場(chǎng)干擾。

航天器本體與太陽(yáng)陣等大型部件磁場(chǎng)的綜合獲取

根據(jù)器載磁傳感器及其它磁敏感部件與航天器本體和大型部件之間位置、距離、磁矩、磁場(chǎng)量級(jí)等

關(guān)系，綜合計(jì)算獲取航天器磁場(chǎng)數(shù)據(jù)。測(cè)試評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)如下：

a)對(duì)于探測(cè)空間磁場(chǎng)的航天器，器載磁強(qiáng)計(jì)傳感器的磁性能要求及其安裝位置是決定航天器剩磁

場(chǎng)指標(biāo)的兩個(gè)關(guān)鍵因素。航天器自身磁場(chǎng)必須保持在一定水平以下，以防止磁傳感器受航天器

自身磁場(chǎng)干擾而影響測(cè)量目標(biāo)的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)。根據(jù)磁強(qiáng)計(jì)分辨率、噪聲、量程等參數(shù)，以地面磁

強(qiáng)計(jì)實(shí)際讀數(shù)是否小于任務(wù)書規(guī)定的干擾指標(biāo)為判定依據(jù)。

b)磁敏感部件安裝位置區(qū)域受到的航天器最大磁干擾值應(yīng)小于任務(wù)書規(guī)定的要求。航天器器載磁

強(qiáng)計(jì)及磁敏感部件干擾試驗(yàn)測(cè)試方法參見附錄G。

11.2.4干擾磁場(chǎng)測(cè)試評(píng)估報(bào)告

完成航天器干擾磁場(chǎng)綜合測(cè)試、計(jì)算后，器載磁傳感器及其它磁

敏感部件產(chǎn)品進(jìn)行干擾磁場(chǎng)評(píng)估，并編寫航天器磁測(cè)試報(bào)告，測(cè)試報(bào)告主要內(nèi)容如下：

a)試驗(yàn)?zāi)康模?/p>

b)試驗(yàn)項(xiàng)目；

c)試驗(yàn)設(shè)備；

d)試驗(yàn)方法；

e)試驗(yàn)數(shù)據(jù)有效性分析；

f)試驗(yàn)結(jié)論。

12航天器磁性測(cè)試誤差因素及評(píng)估

航天器磁性測(cè)量誤差因素及精度評(píng)估與航天器結(jié)構(gòu)尺寸、磁矩量級(jí)、內(nèi)部磁性分布特征，以及所

用的磁測(cè)試方法和測(cè)試設(shè)備等密切相關(guān)。常用磁測(cè)試方法中，球面作圖法的誤差主要是非偶極場(chǎng)引起，

而近場(chǎng)分析法的誤差則由磁測(cè)試條件和測(cè)試布局等因素決定。中小尺度及以下航天器整器磁性測(cè)試可在

零磁環(huán)境中或地磁場(chǎng)環(huán)境下進(jìn)行，中等尺度及以上航天器的整器磁性測(cè)試僅可在地磁場(chǎng)環(huán)境下進(jìn)行。當(dāng)

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航天器不能作側(cè)置態(tài)磁測(cè)試時(shí)，在零磁、地磁場(chǎng)中測(cè)試均存在水平和垂直分量磁矩測(cè)試計(jì)算方法不一致

所造成的結(jié)果差異。實(shí)際的試驗(yàn)條件下通常較難獲取理想的測(cè)量數(shù)據(jù)，排除非常規(guī)類航天器測(cè)試外，所

獲得的有效數(shù)據(jù)結(jié)果中，隨機(jī)誤差往往比計(jì)算方法產(chǎn)生的誤差大得多；隨機(jī)誤差取決于測(cè)試儀器設(shè)備技

術(shù)指標(biāo)和不同磁測(cè)試環(huán)境條件下傳感器布局位置上測(cè)得的磁場(chǎng)信號(hào)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)意義上的不確定度主要由

隨機(jī)數(shù)據(jù)引起的。航天器常規(guī)磁測(cè)試方法近場(chǎng)分析法中系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差等因素分析如下，并給出航

天器磁測(cè)試結(jié)果有效性綜合評(píng)估方法。

12.1系統(tǒng)誤差因素及評(píng)估

航天器磁測(cè)試系統(tǒng)誤差主要因素為：①測(cè)試方法，包括：由航天器尺寸和其自身的磁源分布特征引

起的誤差；由磁矩計(jì)算方法（求解公式、方程階數(shù)的選擇等）引起的誤差；由磁傳感器布局（傳感器近

場(chǎng)布局模式、數(shù)量、傳感器與航天器之間測(cè)試距離、傳感器與傳感器之間測(cè)距比例等）引起的誤差。②

測(cè)試儀器、設(shè)備技術(shù)指標(biāo)，包括：磁場(chǎng)巡測(cè)系統(tǒng)性能（靈敏度、分辨率、量程、穩(wěn)定性）；測(cè)距儀測(cè)量

精度；無磁轉(zhuǎn)臺(tái)角度測(cè)量精度；零磁線圈系統(tǒng)性能（線圈均勻性、穩(wěn)定性）。③中大尺度航天器無法側(cè)

置或倒置狀態(tài)下進(jìn)行磁測(cè)試時(shí)的垂直分量測(cè)試綜合誤差影響，包括水平與垂直向磁矩測(cè)試算法不一致誤

差、垂向感磁綜合系數(shù)K值的不確定性。④不同磁環(huán)境下航天器感磁影響的評(píng)估方法等。

12.1.1測(cè)試方法引起的誤差因素及評(píng)估

近場(chǎng)測(cè)試方法引起的誤差因素主要有下列二個(gè)方面：

a)航天器尺寸和其自身的磁源分布特征

航天器尺寸、磁源部件在航天器內(nèi)部分布特征是近場(chǎng)測(cè)試方法中影響中大尺度航天器測(cè)試精度重

要因素。航天器尺寸越大、磁矩分布越偏離航天器赤道中心，偏心引起的測(cè)試誤差越大，尤其是大磁矩

部件引起的偏心誤差。當(dāng)航天器尺寸增大，傳感器至航天器最小距離不變時(shí)，測(cè)試精度將隨著航天器近

場(chǎng)測(cè)距比參數(shù)Sp（Sp=D/R，其中，D為航天器尺寸，R為傳感器至航天器赤道中心距離）的增加而下降。

這是由于偏離航天器中心的含有磁性部件單機(jī)的多極矩量值增加引起，測(cè)試誤差隨艙內(nèi)磁源部件分布數(shù)

量、位置、磁源強(qiáng)度和參數(shù)Sp變化的機(jī)理復(fù)雜且規(guī)律難尋。即使當(dāng)兩個(gè)相同尺度的航天器測(cè)試時(shí)，兩

者之間的測(cè)試誤差也有差異，對(duì)于中大尺度航天器，航天器內(nèi)部磁源越多，測(cè)試精度隨艙內(nèi)磁源分布偏

心增大而下降，測(cè)試誤差就越大。

應(yīng)當(dāng)重視的是，某些非常規(guī)動(dòng)能類航天器中若使用大量軟磁材料及與其相關(guān)的線圈繞組，由于軟

磁材料易受外部磁場(chǎng)變化影響而產(chǎn)生感磁矩，一旦形成不可逆成分，則軟磁材料感生磁矩對(duì)磁測(cè)試精度

的影響也不可忽視。對(duì)于該類航天器，必須根據(jù)軟磁材料特性、其在艙內(nèi)磁路的特征、與之相關(guān)周圍通

電線圈電流的大小、軟磁材料在艙內(nèi)安裝位置及其所處磁環(huán)境等因素進(jìn)行磁矩仿真計(jì)算、測(cè)試和預(yù)估（部

分磁矩計(jì)算方法可參見附錄A）。必要情況下須對(duì)該軟磁材料進(jìn)行飽和磁化例行試驗(yàn)以給出其對(duì)整器磁

矩的貢獻(xiàn)變化范圍和確定性量值，并進(jìn)行整器級(jí)不同工況下的驗(yàn)證試驗(yàn)（例如大矩類部件、磁力矩器等

靜動(dòng)態(tài)工況下受軟磁影響的線性度試驗(yàn)）。中大尺度大磁矩類航天器因磁化、偏心等因素引起的測(cè)試誤

差應(yīng)進(jìn)行單機(jī)或系統(tǒng)級(jí)專項(xiàng)磁測(cè)試分析評(píng)估。參閱附錄H。

b)近場(chǎng)方程求解的階數(shù)，傳感器布局方法

相對(duì)與航天器尺寸及自身磁源分布特征因素，近場(chǎng)方程求解的階數(shù)、傳感器數(shù)量及傳感器位置布局

等影響因素具有較大可預(yù)測(cè)性，對(duì)試驗(yàn)精度的影響小于前者。

1）近場(chǎng)方程計(jì)算磁矩模型分析

13

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假設(shè)簡(jiǎn)化的近場(chǎng)方程求解理論模型為：

32i+1

B(ri)理論=f(i、ri、rmin、rij、B(ri)、B(ri)f、B(ri)max)(M偶極矩/ri+M多極矩/ri)…………（3）

式中：

B(ri)理論：理論上由航天器偶極子矩和多極子矩產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)值；單位為納特（nT）；

i：近場(chǎng)方程求解階數(shù)；i=1、2、3??

ri：航天器赤道面上傳感器距航天器中心的距離；單位為米（m）；

rmin：赤道面上與航天器最靠近的傳感器距航天器中心的距離；單位為米（m）；

rij：傳感器間測(cè)距比，rij=ri/rj；

B(ri)：磁強(qiáng)計(jì)采集值；單位為納特（nT）；

B(ri)f：磁強(qiáng)計(jì)采集波動(dòng)值；單位為納特（nT）；

B(ri)max：磁強(qiáng)計(jì)最大采集值；單位為納特（nT）；

f(i、ri、rmin、rij、B(ri)、B(ri)f、B(ri)max)：與方程求階數(shù)、測(cè)試距離、最小測(cè)試距離、傳感器間

測(cè)

距比及磁強(qiáng)計(jì)采集值等參數(shù)相關(guān)的系數(shù)；

2

M偶極矩：航天器偶極子矩；單位為安培米平方（A·m）；

2k

M多極矩：航天器多極子矩；單位為安培米2k次方（A·m），k=1，2，3……；

理論上由式（3），距航天器中心不同測(cè)試距離處的磁場(chǎng)強(qiáng)度由偶極子矩和多極子矩產(chǎn)生，它與方程

的求解階數(shù)、測(cè)試距離、最小測(cè)試距離、傳感器之間測(cè)距比等參數(shù)密切相關(guān)；隨著測(cè)試距離增大，多源

偶極子組合態(tài)下偶極矩>>其他多極矩，則可認(rèn)為采集的磁場(chǎng)強(qiáng)度主要由偶極子矩產(chǎn)生。

對(duì)一個(gè)特定航天器產(chǎn)品和給定的階數(shù)，當(dāng)傳感器按表2布局方式確定實(shí)施后；若所布局的傳感器

獲得的場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)均為有效數(shù)據(jù)(傳感器的誤差權(quán)重恒定)，則所有方程誤差權(quán)重近似相等。在相同的傳感

器測(cè)試布局下，測(cè)試精度理論上將保持不變。隨著方程階數(shù)（二階以后）的增加，絕對(duì)精度可獲得一定

改善、由偶極子場(chǎng)與多極子場(chǎng)不同組合產(chǎn)生的計(jì)算方法誤差對(duì)偶極子矩結(jié)果影響逐漸顯著變小。由于精

度受每組隨機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)的不確定性影響，既與測(cè)試設(shè)備量程、分辨率、穩(wěn)定性及隨機(jī)干擾等因素有關(guān)，

也與傳感器布局測(cè)距比等相關(guān)；一旦傳感器獲取的信號(hào)數(shù)據(jù)不理想（通常理想狀態(tài)在一個(gè)稍長(zhǎng)的測(cè)試周

期內(nèi)很難獲取得到），由于近場(chǎng)方程計(jì)算誤差與相關(guān)傳感器的采集信號(hào)密切相關(guān)，方程階數(shù)的增加與測(cè)

試精度的相關(guān)性將失去參考意義。若獲取的磁場(chǎng)信號(hào)數(shù)據(jù)理想有效，在近場(chǎng)方程二階條件下，由中國(guó)計(jì)

量科學(xué)研究院標(biāo)準(zhǔn)磁矩模型校準(zhǔn)獲取的系統(tǒng)誤差小于1%。

2）磁傳感器布局方法

在工程實(shí)際應(yīng)用中，通常傳感器位置布局應(yīng)滿足近場(chǎng)測(cè)距比規(guī)則：即0.4<Sp<1.4。測(cè)試距離增大，

偶極化程度增強(qiáng)；但采集信號(hào)就會(huì)減弱且信噪比減小，測(cè)試誤差隨之將加大。因此，為獲得足夠高的測(cè)

試精度，測(cè)試距離選擇與信噪比兩者必須綜合考量——既要保持適當(dāng)遠(yuǎn)距離、又要采集到足夠大的信號(hào)

強(qiáng)度（測(cè)試距離以及場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)最大值、波動(dòng)值等均是與測(cè)試誤差因子有關(guān)的權(quán)重因素）；磁強(qiáng)計(jì)的靈敏

度決定了它能放在離航天器多遠(yuǎn)距離處（它應(yīng)盡可能的足夠遠(yuǎn)）。表2列出了近場(chǎng)分析法中傳感器“一”

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字布局方式下幾種典型的傳感器之間測(cè)距比模式。

在“一”字布局方式下，當(dāng)傳感器間測(cè)距比rij減小，近場(chǎng)測(cè)試精度將相應(yīng)下降，當(dāng)對(duì)某個(gè)多偶極

子矩部件源進(jìn)行測(cè)定時(shí)，測(cè)試精度下降的現(xiàn)象將顯現(xiàn)。這種變化效應(yīng)僅在傳感器間距極小時(shí)敏感和重要。

通常傳感器間距與測(cè)試精度變化關(guān)系是比較復(fù)雜和難以預(yù)估的，但可以肯定的是傳感器間測(cè)距比不是測(cè)

試誤差最關(guān)鍵的影響因素。

表2“一”字布局方式下幾種典型的傳感器間測(cè)距比參考值

傳感器傳感器傳感器傳感器間測(cè)距比(rij=ri/rj)

探頭模式布局方式數(shù)量r11r12r13r14

11/21/31/4

三分量“一”字式412/32/42/5

15/65/75/8

實(shí)際的試驗(yàn)條件狀況及獲取的數(shù)據(jù)較難做到理想有效；在獲得的測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果中，隨機(jī)誤差比計(jì)算

方法誤差大的多。隨機(jī)誤差大的原因通常受保障試驗(yàn)正常運(yùn)行的測(cè)試儀器、設(shè)備技術(shù)指標(biāo)限制，并由不

同測(cè)試環(huán)境條件下磁傳感器布局位置上測(cè)得的磁場(chǎng)信號(hào)數(shù)據(jù)決定。這些非理想隨機(jī)數(shù)據(jù)增大了誤差，統(tǒng)

計(jì)意義上的不確定度主要是由非理想隨機(jī)數(shù)據(jù)引起（隨機(jī)誤差分析參見12.2）。

12.1.2測(cè)試儀器設(shè)備引起的誤差因素及評(píng)估

測(cè)試儀器設(shè)備引起的測(cè)量誤差主要有：磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量誤差（分辨率、量程、穩(wěn)定性、傳感器正交度）；

傳感器軸取向（無磁轉(zhuǎn)臺(tái)軸與傳感器方向之間正交度）誤差；測(cè)距儀測(cè)量（傳感器距離定位）誤差；無

磁轉(zhuǎn)臺(tái)測(cè)角刻度誤差、轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)時(shí)指針與角度刻度線同步校準(zhǔn)誤差、零磁線圈系統(tǒng)（磁場(chǎng)均勻性和穩(wěn)定

性）誤差（此項(xiàng)誤差因素僅針對(duì)零磁環(huán)境下中小尺度航天器及產(chǎn)品磁測(cè)試）等。

若以近場(chǎng)方程（G.8）取階數(shù)2為例，測(cè)試誤差參考分析如下：

由近場(chǎng)方程積分求解，可預(yù)估得到誤差擾動(dòng)近似模型：

dM/M≈dB/B+dθ/θ+3dr/r（dr/r?1、dθ/θ?1）…………(4)

|dM/M|≤|dB/B|+|dθ/θ|+3|dr/r|……………………(5)

式中：