空间等离子体云精细化仿真及传播特性研究

在电离层中释放钐(Sm)等活泼金属气体,通过光致电离或化学电离,能够人工生成空间等离子体云,以其作为散射体,可开展超短波超视距通信和探测研究。本文开展了电离层Sm释放的精细化效应仿真研究,考虑了热层风场、地磁场、Sm释放速度和流量、运载器飞行速度等参量对Sm在电离层中扩散过程的影响。同时,采用射线追踪方法,研究了空间等离子体云的电波传播特性。结果表明释放参数和环境参数对等离子体云的形态和演化过程具有重要影响,等离子云在不同剖面形态各异,沿地磁场方向及风场方向出现明显拉伸,进一步对等离子体云的传播效应产生影响,导致电波在等离子体云不同剖面传播特性出现差异。

空间等离子体环境对高压太阳电池静电放电特性研究

随着3D打印等新技术的空间应用,新一代航天装备对能源系统的功率需求将日益增加。运行于低地球轨道航天器将面临低能高密度等离子体环境,导致高压太阳电池阵产生静电放电效应。通过模拟低轨道等离子体环境特点,测试了不同等离子体能量、密度以及电池偏置电压下高压太阳电池静电放电试验,揭示了等离子体参数对放电特性的影响规律。研究结果显示,当高压太阳电池的偏置电压达到-70 V时,静电放电现象开始显现,并且随着偏置电压幅值的增加,静电放电频次也相应增多。此外,空间等离子体的密度越大,越容易诱发静电放电,而轨道等离子体的能量对静电放电次数的影响则相对较小。

基于SIMION软件的空间等离子体探测器的数值仿真

空间等离子体探测器采用带偏转板的柱形静电分析器作为传感器,具有大于320°探测视场,可探测约10eV～30keV的热等离子体。利用SIMION软件采用均匀随机抽样建立粒子源的方法仿真探测器的基本特性参数:静电分析器因子、能量分辨率、偏转板因子和偏转角。仿真结果与实测结果吻合很好。静电分析器因子的仿真与实测结果偏差为3.2%,能量分辨率仿真与实测结果偏差为1.5%,偏转角-偏转板因子的关系式与实测结果的相关系数为0.999 4。仿真结果可以有效地应用于该类仪器的设计和定标过程中。

空间等离子体导致高电压太阳阵的电流收集

给出一种能方便计算空间等离子体引起高电压太阳阵（ＨＶＳＡ）电流收集的理论统计模式．通过对物理过程分析认为空间等离子体致ＨＶＳＡ的功率损耗对ＨＶＳＡ的设计是不应忽视的．

地面实验室模拟空间等离子体环境的初步测试

空间等离子体和航天器的相互作用对航天器的安全有重要影响，利用空间实验来研究这些作用的代价很大，可以通过在地面实验室中模拟空间等离子体环境来低成本地研究这些相互作用．本研究通过使用ＥＣＲ等离子体源期望在地面实验室来近似模拟空间等离子体环境，通过初步测量，我们得到了一个比较均匀的等离子体环境．

空间等离子体引起的高电压太阳阵之弧光放电

简单介绍了空间等离子体引起的高电压太阳阵（ＨＶＳＡ）之弧光放电的研究现状．利用已有的一些实验数据及Ｈａｓｔｉｎｇｓ的扩展理论进行了应用ＨＶＳＡ计算，得出了飞弧概率随工作电压增加而增大，随空间环境等离子体流增高而增大的合理结果．

低轨航天器致空间等离子体尾流

建立起一个低轨道航天器引起的等离子体尾流的二维计算机模式，结果表明：（１）尾流的宽度随表面负电位值的增加而变窄．（２）随离子马赫数增加尾流位垒变宽．（３）对正电位表面情况尾流近区有电子聚集，并且离子的放空更远．

空间等离子体鞘层的时域特性研究

空间等离子体环境,是计算机及各类电子设备所面临的新型恶劣环境。通过将设备表面简化为平面,给出了一维粒子层模型。根据静电场理论给出了描述鞘层电位的Poisson方程、等离子体理论和Boltzmann方程,给出了粒子数密度守恒方程。通过牛顿运动定律建立了等离子体的动量方程。基于Poisson方程、粒子数密度守恒方程和等离子体动量方程建立了等离子体鞘层动力学模型。该模型可以给出航天器表面附近等离子体鞘层形成过程的时域特性,如电荷通量、充电电位随时间的变化规律,为电子设备抗空间等离子体防护技术的研究提供理论基础。

空间等离子体环境中航天器的带电特性

通过简化航天器表面建立了一维粒子层模型,基于静电场理论的Poisson方程、等离子体理论的Boltzmann方程和电动力学的动量方程建立了等离子体鞘层动力学模型.利用模型总结了航天器表面带电粒子运动速度、带电粒子密度、航天器表面电位随充电时间的变化规律,分析了空间等离子体环境参数对航天器表面充电电位的影响.研究结果可为航天器带电防护设计提供一定的理论依据.

空间等离子体环境中的高能带电粒子加速机制

空间环境中充满能量从几十ke V到几Me V的高能带电粒子,这些粒子可导致在轨航天器表面和内部带电甚至单粒子效应,从而引发航天器故障。高能粒子的产生和日地空间环境中的爆发现象如耀斑、磁层亚暴等密切相关。文章综述了与这些爆发现象相关的磁重联、激波和等离子体波动等加速带电粒子的物理过程。

地面实验室模拟空间等离子体环境的初步测试

在地面模拟电离层等离子体与高压太阳电池阵的相互作用时,需要一定密度和能量的等离子体环境,因而希望能在地面试验室中利用微波ERC等离子体源来近似模拟空间等离子体环境。文章对该等离子体源进行了初步测试,利用等离子体诊断系统获得了在大真空容器中的等离子体有关参数的测量数据,通过分析,我们得到了一个比较均匀的等离子体环境。

大型临近空间等离子体真空环境模拟技术研究

航天器在轨运行时会因与空间等离子体之间的相互作用而影响其在轨运行的可靠性,进而影响航天器各项性能;通过传统空间飞行的方法进行研究分析,其代价巨大且不易实现,而采用地面真空环境模拟系统来进行模拟试验具有不可替代的优势以及重要意义;通过对组成等离子体环境模拟系统的真空容器、真空获得以及测控等3个子系统进行结构设计、仿真分析和数值计算等研究分析,结果表明:当真空容器的最大应力为113.2 MPa,最大变形为0.59 mm时,容器的结构稳定性可以满足模拟试验的要求;真空获得系统的抽气时间可满足试验需求;测控系统的结构设计以及人机交互性能满足试验过程中的使用需求。

利用栅网控制空间等离子体环境效应模拟中的等离子体参数

通常采用ECR等离子体源产生的等离子体的温度和密度都比较大,通过附加适当目数的栅网,并在栅网上加一定的偏置电位来对等离子体参数,尤其是温度、密度进行调整,满足空间等离子体环境模拟要求.本文利用14目、25目的栅网,对己有的地面实验室空间等离子体环境进行了改进,得到了更加接近空间等离子体参数的一个地面模拟环境.

高阶矩谱分析与空间等离子体非线性相互作用识别

利用高阶矩统计分析方法对AUREOL－3卫星观测数据进行分析处理，所涉及的信号分别为ELF（＜1kHz）频率范围内的电场扰动Eh（t）和等离子体密度波动δNe／Ne（t）．处理结果表明：利用高阶矩谱分析方法可以很好地识别空间等离子体波-粒相互作用过程中的非线性成分．

调制电子束在空间等离子体中激发的电磁波辐射

当调制电子束入射进空间等离子体时,由于电子束本征电磁场在非均匀等离子体中的散射(渡越辐射transitionradiation)或者电子束的纵向约束性可以产生电磁波辐射。基于这两种辐射机制,研究了半无界调制电子束从航天器入射进平面分层各向同性非均匀空间等离子体产生的电磁波辐射。结果表明,由背景等离子体非均匀性产生的电磁波辐射强度高于由束的纵向约束性引起的辐射强度通过对电子束的适当调制,可以满足辐射电磁波在局部等离子体谐振区域的共振条件,从而增大辐射强度。研究结果可用于对主动空间等离子体试验数据的分析。

多离子成分空间等离子体中斜传播波的混杂共振：（Ⅱ）实验观测与波模识别

在分析ＡＲＣＳ３探空火箭记录到的由人工离子束激发的低频等离子波的特征和激发机制的过程中，提出了多离子成分冷等离子体中的一般混杂共振和一般混杂波的概念，给出了斜向传播冷等离子体波的混杂共振条件．在上述理论的基础上，考虑了电子、氧离子、氦离子和人工氩离子束的贡献，计算出ＡＲＣＳ３实验条件下的等离子体介电函数，并用等离子体波模识别的方法，识别出频率在１８０Ｈｚ。附近的最强波峰乃是Ｏ＋－Ｈｅ＋双离子混杂波．

空间等离子体压力各向异性对磁场重联的影响

基于二维时变可压缩磁流体动力学模拟，数值研究了等离子体压力各向异性对磁场重联的影响，发现一个小的压力各向异性（Ｐ＝１．

基于Langmuir探针技术的空间等离子体探测方法

阐述了Langmuir探针测量空间等离子体的基本原理和方法。分析了利用Langmuir探针在空间等离子体探测应用中航天器、空间环境对探针表面污染、探针自身和其他因素对测量的影响。介绍了一种基于探针与空间等离子体同电位的等离子体电位和密度的探测方法,并给出测量原理和探针结构。

空间等离子体对飞船对接过程的充放电影响

基于低地球轨道空间等离子体对航天器的充电机理,根据电子、离子运动性质分析了飞船绝对电位与表面导电材料分布间的关系,讨论了对接放电过程中航天器与空间等离子体的交互作用,给出了其计算方法和相关试验结果。从空间环境角度为工程实现提供了理论依据和参考。

多离子空间等离子体中快磁声波与粒子的回旋共振特性

快磁声波是空间等离子体中一种接近垂直传播的右旋极化电磁波,能够在等离子体层内外传播.快磁声波与带电粒子的回旋共振相互作用能够导致高能电子随机加速和投掷角扩散、能量质子投掷角扩散等,从而影响辐射带高能带电粒子的动态过程,分别基于完整的色散关系和高密度近似的色散关系,在不同空间等离子体条件下研究多离子空间等离子体中不同传播角的快磁声波色散曲线,并计算了快磁声波与H^+,He^+和O^+离子的最小共振能量.结果表明,当传播角较小时,采用高密度近似与采用完整色散关系计算的离子最小共振能量没有太大差别.在中低密度中强磁场空间等离子体中,传播角≥88°时高密度近似色散关系会带来很大的误差,因此应利用完整色散关系计算最小共振能量.