美国几架航天飞机所发生的SEU研究

本文对1991年美国发射的5架不同倾角不同高度的低地球轨道航天飞机所遇到的单粒子翻转事件进行了考查和研究．结果证实在极光区和南大西洋异常区仍可能发生大量单粒子事件，大大地影响到航天器的安全，对此文中给出了一些结论和建议．

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．

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．

2000年4月6—8日磁暴期间电离层TEC观测研究

利用北京、乌鲁木齐、武汉GPS观测数据计算的垂直总电子含量,分析了发生于2000年4月6-8日磁暴期间观测区域的电离层状态.结果表明,在4月7日北京时间0200-0700之间,在中、低纬地区出现了较弱的电离层负相暴,与前一日相比,最大TEC之差在-8TECU左右;在北京时间0700之后,在较高纬度地区开始出现强烈的电离层负相暴,并且该负相暴随着时间逐渐增强;但在北京时间0700-0900之间,在低纬地区出现了电离层正相暴.在一定时间内较高纬度地区的负相暴逐渐增强并向南移动而低纬地区的正相暴经历了增强到减弱的过程.

大功率高频无线电波加热电离层

利用大功率高频无线电波加热低电离层和高电离层的理论模型 ,选择不同的加热发射机参数 ,计算了电离层电子温度和电子密度的变化 ,模型计算结果与一些实验结果有着很好的一致性。在此基础上 ,具体讨论了不同的背景大气和背景电离层参数对加热效果的影响 。

航天器异常与空间环境

本文研究考查了靠近或在地球同步轨道上的SCATHA、TDRS-1卫星以及GPS、GOES卫星组等的各自10年左右运行时间中，空间环境所导致航天器异常的发生率的年分布特征、月分布特征、地方时分布特征以及不同类型的发生率分布特征．结果表明：由于不同空间环境因素对航天器作用不同，引起异常类型不一样．因此，太阳长周期和短月、地方时周期活动对航天器异常发生率影响无简单的统一规律特征；长周期中的单粒子事件是由银河宇宙线的重离子引起，太阳质子事件不重要；空间环境研究和预测在对航天器异常的分析、判断和预测、防护中是非常必要的．

大功率无线电波与低电离层的相互作用

地面入射的大功率无线电波能加热电离层等离子体,引起电离层电子温度和密度的扰动,实现电离层的地面人工变态。本文中,着重考虑电波和电离层相互作用过程中的自吸收,构造一个自洽的相互作用模型,在一定功率和频率的加热电波作用下,利用该模型计算了白天低电离层电子温度和由温度的变化而引起的电子密度的变化。计算结果表明,在白天低电离层,电波的自吸收在90km以下比较显著,而最大温度变化在70km高度上,大约增加了2倍。在α复合的假设下,电子密度变化幅度随高度的增加而减少,在70km处,大约增加55％,120km处则为4％左右。

电离层电急流的人工调制

由基本的磁离子理论出发,构造了大功率电波调制电离层电急流的自洽理论模型。利用此模型,计算了电离层D/E区高度上电子温度随加热时间的变化,以及不同高度上的加热时间和冷却时间。基于方波脉冲的入射方式,详细地研究了加热区电离层电导率和赤道电急流的振荡过程。计算结果表明,地面入射的大功率电波能有效地调制电离层中存在的大尺度直流电流,而且该调制电流可以作为ELF/VLF电波的辐射源。最后简单地分析了在未来实际工程应用中所需要解决的问题。

大功率无线电波对高电离层的加热

根据动量方程、能量方程和电子的连续性方程,在偶极扩散的假设下,建立了地面入射的大功率无线电波加热高电离层的理论模型.作为应用,对以上方程组数值求解,计算了高电离层(150-400 km)电子温度和电子密度随时间的变化.计算结果表明,对于一定参数的发射机, 一定的吸收模型,电离层电子温度和密度均有明显的变化.我们发现,应用本文选取的加热参数,在电波反射点附近,电子温度有10％-25％的增加,电子密度有1％-2％左右的减少.电子温度达到稳态的时间要快于电子密度达到稳态的时间.最后,用本文的结果解释了电离层加热实验中的一些观测现象.

化学物质释放人工改变电离层

考虑中性气体在电离层高度的扩散过程和相应的电离层离子化学过程,研究了利用主动化学物质释放来改变电离层的方法,理论计算了H2O和SF6两种气体释放后电离层随时间的响应过程.结果表明,在电离层高度上气体的扩散过程非常迅速,电离层F区的电子密度有很大程度的减少,而扩散慢且化学反应快的气体对电离层的影响更大,就更加有利于电离层洞的形成.

电离层中SEE现象的静电粒子模拟

利用网格粒子云（PIC）模型,在一定条件下,对电离层加热实验中静电波的激发和参量不稳定性的产生,作一维静电粒子模拟.模拟结果表明,SEE的特征与加热泵波频率ω0和电子回旋频率nwce之间的比值有关,入射泵波的电场与地磁场之间的夹角也是影响SEE的一个因素.

雷暴云准静电场和夜间低电离层的电离

用点电荷模型计算雷暴云突然放电后形成的准静电场随高度的分布,以E/N（E为电场大小,N为大气密度）为输入参量,在一定条件下,对Boltzmann方程数值求解,计算电离层电子数密度的扰动.计算结果表明,在约70-90km之间,在约放电后的10ms内,准静电场大于中性大气的击穿电场,将引起大气的雪崩电离,从而引起夜间低电离层电子密度的显著增加,但这种电子密度的增加是短暂的,在很短的时间内就恢复到平静时的水平,恢复时间随高度的变化而不同.

中性气体释放人工产生气辉

电离层中分子性的离子与电子的复合要比氧离子与电子的辐射性复合快得多,因此火箭发动机产生的尾气和空间等离子体主动实验中主动释放的中性气体会对电离层有很大的影响,这么大的电离层扰动现象在过去的实验中经常可以观测到,根据中性气体在热层背景中的扩散方程,考虑电离层F区主要的离子化学反应,研究了H2,H2O和CO2气体在电离层高度上的扩散过程和电离层对所释放气体的响应,计算了气辉的体发射系数和发射强度．结果表明,中性气体在电离层高度上扩散非常迅速,在F区的一些高度上,主要正离子成分由O+ 转变为其他分子离子,且在释放过程中伴随气辉发射,发射气辉的波长和特征与释放物质的种类有关。

航天器表面充电效应及其工程计算

文章较全面地介绍了航天器与空间等离子体发生的表面充电效应。从航天器表面充电的发现到充放电带来的危害,阐述了航天器表面充电研究对航天器安全飞行的重要性,最后对如何消减表面充电效应带来的危害提出了建议,分析了用充电软件进行工程模拟计算的可行性.

电离层TEC对小耀斑的响应

利用国际GPS观测网(IGS)提供的多个台站的观测数据,分析了M级别以下的小、暗太阳耀斑对向阳面电离层TEC的影响．利用传统分析方法的结果表明,从单条视线(LOS)观测数据得到的电离层TEC及其时间变化率曲线来看,由于它们的波动水平和正常情况下的背景电离层变化相当,使此类小耀斑的信息完全淹没在背景噪声中,不能够显示和分辨出耀斑的发生．利用相干求和的数据处理方法,选用向阳面18个GPS台站的观测数据研究了一次C级SF耀斑引起的电离层TEC增加,结果发现,这种方法能有效地消除背景电离层变化噪声,电离层对耀斑的响应非常清楚和明显,这通常只能在X级别的大耀斑中看到．和GOES卫星X射线数据相比,电离层TEC变化的时间特征和耀斑爆发的开始、最大和结束时间均有很好的符合,其最大平均TEC增量在0．1TECU以下,和X级别的大耀斑相比有一个或多个量级上的差别．

雷暴云准静电场对夜间电离层D区的影响

利用一个自洽的准静电场 (QE)模型 ,计算了雷暴云电荷突然对地放电后QE场大小在 0～ 90km高度上的分布 .对 2 0 0C的正电荷对地放电后的计算表明 ,在放电 1ms后 ,在 6 5～ 78km的区域内 ,QE场大于大气的雪崩电场 ,而 0 .5s后 ,该电场迅速衰减到很低的水平 .在电离层高度上 ,由于电子的热化时标和电离时标极短 ,在QE场的作用下 ,夜间局部低电离层会有比较大的响应 .对Boltzmann方程数值求解的结果表明 ,在某些高度上 ,电子分布函数有明显的高能尾巴 ;在 6 3～ 83km的高度上 ,电子平均能量为 3eV <ε <6eV ;计算的电子数密度的峰值扰动表明 ,在 6 5～ 78km的高度上 ,电子的数密度增加 ,最大的电离峰值约在 74km处 ,大约增加了 3个数量级 ,比电磁脉冲(EMP)的电离效果大得多 .

实践四号卫星静电分析器和电位差计探测结果分析

统计、分析了实践四号卫星静电分析器及电位差计的探测数据,并对1994年2月14日的一次充电电位达-2000V的典型充电事件进行了分析、解释。探测结果对进一步认识空间环境及卫星表面充电有一定意义。

大功率高频无线电波对赤道E区双流不稳定性的影响——PIC静电粒子模拟研究

地面入射的大功率高频无线电波(泵波)和电离层等离子体之间的参数相互作用,能够引起静电波的激发,在一定条件下,产生不稳定性.本文用PIC静电粒子模拟方法,研究泵波与赤道电离层E区等离子体的相互作用.研究结果表明,泵波能够控制双流不稳定性的发生,在不同条件下,泵波对双流不稳定性起着稳定与不稳作用,模拟结果定性地与理论研究结果相符合,这为我们对不规则体产生的地面人工控制提供了依据.

电离层TEC对GRB041227的响应

2004年12月27日世界时21时30分,一个非常强的γ射线暴扫过地球,它使得暴露在这次事件中的地球高层大气产生额外电离.在爆发期间,地球上多个甚低频(VLF)电波台站都同时观测到了电离层突然骚扰(SID)事件.对GOES卫星的X射线数据、ACE卫星的太阳风和行星际数据以及理论分析表明,地球上观测到的SID事件是由GRB041227引起的.另外,利用国际GPS服务网(IGS)提供的观测数据,采用相干求和的数据处理方法研究了电离层总电子含量(TEC)对这次γ射线暴的响应.结果表明,SGR1806-20产生的GRB041227对地球电离层产生了明显的影响.在爆发期间,平均电离层TEC有一定的增加,其最大增加值约0.04TECU(1TECU=10^(16)el/m^2),产生效果与一个C级或者低于C级的太阳耀斑相当.计算结果还表明了遥远的天体也能对地球的近地空间环境产生或多或少的影响.