电磁屏蔽在航空航天中的应用

他等等电磁屏蔽，又称电磁兼容性（EMC），是指电子设备​​既不干扰其他设备，也不受其他设备的影响。其原理主要基于反射损耗和吸收损耗。电磁兼容性与我们熟悉的安全一样，是产品质量最重要的指标之一。

1：电磁屏蔽的类型

电磁屏蔽一般分为静电屏蔽、静磁屏蔽、高频电磁场屏蔽三种。

1.1：静电屏蔽：导体在静电场中会达到静电平衡状态。处于静电平衡状态的导体内部电场强度处处为零。因为根据高斯定理，如果导体内部存在电场，电荷就会做定向运动，直至电场为零。将导体制成封闭的金属壳体，将需要保护的区域置于金属壳体内，使外界静电场无法影响壳体内的物体。例如生活中的电子设备常常采用金属壳体来屏蔽外界静电干扰，以保证设备内部电路的正常工作。

1.2：静磁屏蔽：静磁屏蔽主要针对稳态磁场。由于铁磁材料的磁导率远高于空气等其他物质，当外界磁场穿过屏蔽罩时，根据磁路欧姆定律，大部分磁力线将沿着磁导率高的铁磁材料行进，很少穿过屏蔽区域，从而达到屏蔽磁场的效果。对于一些精密仪器，采用静磁屏蔽措施是为了防止地磁场等外界磁场对其测量结果的干扰。

1.3：电磁屏蔽：对于交变电磁场，当交变电磁场入射到金属屏蔽体上时，根据电磁感应定律，会在金属表面产生感应电流。这个感应电流又会根据安培环路定理，产生一个与原电磁场方向相反的二次电磁场。根据叠加原理，两个电磁场叠加，相互抵消，从而削弱进入屏蔽体的电磁场强度。其屏蔽效能主要取决于屏蔽材料的电导率、磁导率和厚度等因素。例如在通信领域，为了防止信号干扰，会对通信线路进行电磁屏蔽，以保证信号的稳定传输。

 2：航空航天领域的应用

 2.1：通信系统：

在航空航天飞行器中，通信设备至关重要，通常需要电磁屏蔽保护。甚高频通信系统（VHF）、高频通信系统（HF）和卫星通信系统（SATCOM）等接收和发射微弱的射频信号。在飞机这样复杂的电磁环境中，如果没有电磁屏蔽保护，很容易受到其他电子设备的电磁干扰。例如，飞机上的发动机、电动机等设备在工作时会产生电磁辐射，干扰通信设备的信号接收和发送，导致通信质量下降甚至中断。

不仅飞机上的电子设备，就连飞机在地球大气层飞行时也有可能受到雷电产生的强电磁脉冲的干扰，电磁屏蔽层可以阻挡这些干扰，保证通讯设备收发信号清晰稳定。

而且，通讯设备本身也可能产生电磁辐射，影响其他敏感电子设备的运行，因此电磁屏蔽可以起到双向防护作用。

其屏蔽材料通常为金属箔或金属网，起到反射、吸收电磁干扰的作用，使通信频率范围内的信号能够正常传输。

对于航天飞行器来说，在穿越地球电离层并在太空执行任务时，会遭遇太阳风暴等宇宙电磁辐射。电磁屏蔽可以有效保护通信设备，例如深空探测器与地球控制中心之间的通信链路。屏蔽措施可以确保遥测和遥控信号的准确传输，避免信号丢失或错误，确保航天任务的顺利进行。

2.2：导航系统：

飞机的导航系统包括惯性导航系统（INS）、全球定位系统（GPS）接收机等，电磁屏蔽可以防止射频干扰（RFI）对导航设备的影响。

以GPS为例，其接收到的卫星信号非常微弱，容易受到干扰。如果没有电磁屏蔽，飞机内部其他电子设备产生的电磁噪声可能会淹没GPS信号，使定位精度降低或无法定位。

在机场附近，飞机的导航系统可能会受到地面通信基站、雷达等设备发射的电磁信号的干扰。电磁屏蔽壳可以降低这些干扰，使导航设备能够准确接收卫星信号，准确解算出飞机的位置、速度和姿态。

2.3：控制系统：

飞行控制系统中的计算机、传感器、执行器等部件都需要电磁屏蔽。以飞机的电传操纵系统为例，该系统通过导线传输控制指令，电磁屏蔽可以防止电磁干扰导致的错误指令传输。飞机飞行过程中，发动机等设备产生的电磁辐射以及外界的电磁干扰都可能影响飞行控制系统的正常工作。通过采用电磁屏蔽技术，例如在控制线路上包裹金属屏蔽层，可以有效阻隔这些干扰，确保飞行控制系统能够根据飞行员的操作或自动驾驶系统的指令，精确控制飞机各操纵面和发动机功率。在航空航天领域，可重复使用的航天器，其飞行控制系统更加复杂。在发射和再入阶段，电磁屏蔽可以确保飞行控制系统在恶劣的电磁环境下稳定运行，避免因电磁干扰导致飞行姿态失控等严重事故。

2.4：监控系统：

交通防撞系统（TCAS）和气象雷达（WXR）也需要电磁屏蔽。TCAS需要准确接收和处理周围飞机的应答器信号，以判断碰撞风险。电磁干扰可能导致其误判周围飞机的位置、高度等信息，从而发出错误的防撞指令。气象雷达发射和接收的微波信号用于探测气象情况。电磁干扰可能导致雷达图像出现错误，例如将干扰信号误判为气象目标，或无法准确显示气象目标的实际位置和强度，影响飞行员对气象情况的判断。

在航空航天领域，上述系统大多需要电磁屏蔽保护，以保证其正常工作，提高飞行的安全性和可靠性。同时，电磁屏蔽也有助于减少设备间的相互干扰，使飞机电子系统协调稳定地运行。

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