太阳风中航天器带电与尾迹效应的模拟

航天器充电和尾迹效应会对周围等离子体造成扰动,影响测量装置结果的准确性.利用SPIS (Spacecraft Plasma Interaction Software)分别模拟了航天器与太阳风的相互作用,考察了光电效应以及航天器尺度对表面充电情况和尾迹效应的影响.结果表明:太阳风环境下,等离子体密度稀薄,电子电流比光电子电流小得多,航天器表面为正电势,航天器后部有清晰的尾迹结构,尾迹带负电;光电效应可改变尾迹结构,与无光电效应相比,光电效应使得航天器尾迹尺度变大;由于太阳风定向运动动能大于航天器表面势能,航天器的尾迹结构与其几何尺寸有关,航天器尺寸越大,尾迹尺度越大.

尾迹和地磁效应对航天器表面充电影响的研究

研究尾迹效应和地磁场效应对中低轨道航天器表面充电的影响。根据航天器表面充电机制，采用薄鞘模型；根据电流收集和轨道反演方法进行了数值模拟，给出航天器表面为导体和非导体的平衡电位，并进行了分析研究。数值结果观测和理论分析相符。

尾迹对卫星周围等离子体扰动特性分析

卫星充电和尾迹效应会对周围的等离子体造成扰动,进而影响星上电磁和等离子测量载荷的测量精度。利用卫星与等离子体相互作用模拟软件SPIS,并采用DEMETER卫星的一组在轨测试的等离子参数,采用粒子分室法模拟了低轨道卫星的尾迹效应特性。结果显示,卫星的表面充电电位为-0.72V,负的充电电位一定程度上减小了尾迹效应的影响,尾迹效应对等离子体的扰动在尾迹一侧约为2.5m,离子撞击侧约为0.7m,其余两个侧面约为1.1m,即等离子鞘层呈桃形分布,且在尾迹区存在离子浓度为零的空白区和浓度较小的稀薄区,而在尾迹区也是电子浓度的稀薄区,但不存在电子浓度为零的空白区。

太阳风作用下航天器表面充电效应分析

针对太阳风等离子体中航天器的充电过程,基于欧洲航天局开发的航天器表面充电仿真软件,建立了航天器的数值计算模型,模拟了太阳风等离子体与航天器的相互作用,实现了不同表面材料时航天器表面电位以及尾迹结构的计算分析,给出了近日环境下航天器周围的空间电位结构以及等离子体密度分布情况。研究结果表明:表面材料的选择将影响空间势垒深度以及尾迹结构,表面充电至更低电位的表面材料具有较小尾迹区域;航天器向阳面电位分布主要由光电子以及二次电子主导,而背阳面的电位分布则主要受到尾迹效应的影响。以上结果对太阳风环境航天器探测和评估等相关工作以及工程研究具有一定的理论参考价值。

低轨道卫星表面充电模拟

卫星在太空运行过程中,在周围等离子体和光电效应等综合作用下,会带上与周围等离子体环境不同的悬浮电位,这个电位会影响星上测量载荷的测量精度和测量范围。利用航天器与等离子体相互作用系统软件SPIS,采用粒子分室法模拟了低轨道(710km)卫星的充电特性。结果表明,由于等离子体温度低、浓度高,卫星的充电电位较低(-0.719V);而周围的等离子体环境受卫星尾迹效应的影响显著。

密度分层流体中不同潜深拖曳回转体激发内波特性实验

在具有强密度跃层的分层流体中,采用沿水槽中纵剖面对称布置的电导率探头阵列方法,对长径比为7.7的轴对称回转体在5种不同潜深下拖曳运动激发内波时空特性进行了系列实验.结果表明:存在一个与潜深无关的临界转捩Froude数Fr_c=3.64,当Froude数Fr<Fr_c时,在不同潜深下,内波相关速度均与物体运动速度一致,体积效应内波为主控内波,但内波反对称度随Fr增大而增大,表明尾迹效应内波的影响也随着增大;同时,存在一个内波峰值Froude数Fr_p≈1.33,当Fr<Fr_p时,无量纲内波最大峰-峰幅值随Fr增大而增大,而当Fr>Fr_p时,无量纲内波最大峰-峰幅值随Fr增大而减小.当Fr>Fr_c时,在不同潜深下,内波相关速度均小于模型运动速度,其相关速度Froude数Fr_(iw)均在0.7~1.4之间的一个条带内变化,内波反对称度近似在某个小于0.5的常数附近波动,尾迹效应内波中对称部分略为占优,而且尾迹效应内波中对称和反对称部分的水平张角均近似为20.6°;同时,无量纲内波最大峰-峰幅值均随Fr增大而近似线性增大,而且其线性增大的斜率与潜深之间近似满足指数衰减关系.特别地,本文工作表明,现有文献认为尾迹效应内波关于轴对称回转体纵剖面是对称的先验假定是不合理的.