微等离子体转化二氧化碳发射光谱诊断

火星大气层的主要成分为二氧化碳，如果能够利用低温等离子体方法高效分解二氧化碳，使其转化为氧气和一氧化碳加以利用，可以大幅降低航天员生命保障相关载荷长途运输的成本，进一步提高生命保障能力。低温等离子体放电过程中会产生大量活性组分，可以在数百度温度下实现二氧化碳的高效解离，是具有很大潜力的二氧化碳解离与转化方式。设计了一种尺度在亚毫米级、功率输入为数瓦的直流微槽等离子体反应器，可以在较低气体温度下实现二氧化碳分解。测量了反应器电流、功率等放电参数，采用发射光谱确定了体系中激发态组分，分析了激发态粒子谱线强度随输入电压、稀释气体比例等反应器工作参数变化，利用氮气分子振转谱带测量了等离子体放电区振动温度和气体温度。研究表明，添加氩、氦、氮气均可以增强二氧化碳的分解，添加氦气可以促进二氧化碳的电离过程。稀释气体激发态因具有高能量，可以通过潘宁解离通道增强二氧化碳分解。氦组分激发态的能量高于二氧化碳电离能，可以促进二氧化碳的电离反应。微等离子体内存在强烈的振动 平动非平衡现象：振动温度约为4400~4800K，而气体温度仅为450 ~600K，表明可以通过合理的放电和结构设计，定向将能量注入到振动态，从而进一步促进二氧化碳的振动解离。     

新型固体工质脉冲等离子体推力器试验研究

脉冲等离子体推力器（Pulsed Plasma Thruster，PPT）因其推力小、质量轻、功率低等特点，被认为是微小卫星执行某些推进任务的电推进装置之一，但因效率低下，一直为人所诟病。针对这一现状，将聚四氟乙烯（PTFE）掺入质量配比为2%、5%（6%）、10%和15%的铜和碳,制成掺铜工质（PTFE-Cu）和掺碳工质（PTFE-C）。在3种不同放电能量（1J、1.44J、2.25J）下，测量PPT使用这些工质工作时的电压、电流和脉冲烧蚀质量，并根据结果估算PPT的元冲量、比冲、效率等推进性能。此外，还基于发射光谱理论，对等离子体的种类、特性进行了诊断研究。研究结果表明，烧蚀质量随掺杂量的增加而增加；元冲量随着掺碳量的增加而增加，PTFE-Cu-10%的元冲量最大，为56.47(μN?s)；使用PTFE-C-2%和PTFE-Cu-10%时，PPT的性能最好；掺碳和铜在一定程度上促进了PPT的电离过程，进而提高了推力器效率。     

太阳X-EUV成像望远镜波长选择装置

太阳X射线-极紫外射线(X-EUV,X rays-Extreme Ultraviolet)成像望远镜是我国专门服务于空间天气预报研究的太阳短波成像监测仪器,望远镜工作在0.4~10 nm的X射线波段和19.5 nm的极紫外谱段,能够提供全日面、高分辨率的成像观测.波长选择装置是该望远镜的一个重要子系统,可以增强望远镜动态响应范围,有助于获取更多的反演日冕等离子体参数,这些参数可用来诊断日冕活动.该装置的运动控制具有低功耗的特点,能够满足空间应用环境的特殊要求.其中,步进电机精位置控制是设计的重点,有2种光电编码矩阵可以用于位置检测,从工程可实现角度优选出其中一种,并且从工程可靠性角度分析了该光电编码矩阵的故障模式,提出了在轨故障处理的预案.      

AlGaAs激光器的频率稳定

本文主要报道AlGaAs激光器谱线宽度的测定及频率稳定方面现已完成的工作,并相应说明其有关的应用。实验证明,谱线宽度可以减窄至1MHz。曾采用法布里一珀罗(Fabry-Perot)干涉仪,水及铷~(85)吸收谱线作为参考标准,以改善长期(τ≥ls)频率稳定度,相应所达到的阿仑方差σ~2方根值的最小值分别为:2.0×10~(-11),1.1×10~(11)和1.4×10~(-12)(在τ=100s时)。采用外光栅的激光器,最佳σ为3.2×10~(-12)(在τ=100s时)。经多项试验已完成了改进短期频率稳定度(τ相似文献   

霍尔推力器在轨羽流图像诊断方法

为便于霍尔推力器羽流在轨诊断测量,文章提出了一种基于光谱诊断衍生出来的图像诊断方法。首先对推力器羽流进行光学图像采集,然后提取出能够反映羽流不同谱段光强信息的红绿蓝三通道数据;同时结合相机成像原理分析,得到不同通道的像素点灰度值与羽流光谱强度的对应关系;并且基于光谱碰撞辐射模型,建立了羽流图像计算模型。研究结果表明,利用图像诊断方法计算得到的羽流区电子温度和离子密度分布规律均与探针试验结果相吻合,计算的相对不确定度分别约为20%和15%,说明了该诊断方法精度适中,具有较高的可靠性,适用于在轨诊断霍尔推力器羽流等离子体参数。     

基于PIC方法的离子发动机光学系统粒子模拟

采用单元内粒子(PIC, Particle-In-Cell)方法对离子发动机光学系统进行了等离子体粒子模拟.PIC方法可有效地对等离子体进行粒子模拟,其中电场求解采用SOR(Successive Over Relaxation)方法,离子加速方法采用蛙跳格式.推进剂采用氙,模拟粒子为单核离子.模拟得到了栅极间电势分布、电场强度分布及栅极间氙离子数密度分布.计算结果表明,在所取的光学系统电压参数和几何参数下,粒子束能够顺利通过栅极孔,不会撞击到栅极孔壁上.粒子模拟为今后开展离子发动机光学系统腐蚀机理分析及寿命评估提供了有效的数值方法.      

宽带微波电场量子化计量技术研究

随着国际单位制7个基本单位已由基本物理常数定义,计量单位进入了量子化时代。基于里德堡原子干涉效应的微波电场测量技术,依托里德堡原子的稳定性、可复现性等特点,可实现对微波电场的高灵敏度、低不确定度测量,将微波场强幅值直接溯源至时间频率单位,实现场强参数溯源链路的扁平化。文章利用室温铯原子蒸汽室作为探头,采用AT分裂方案和外差法方案,实现了微波频率范围(1~40) GHz,场强幅度范围5 mV/m~10 V/m的微波电场精确测量。本工作在计量、雷达、太赫兹通信、电磁信号监测等领域有广泛的应用前景。     

紧凑型ECR等离子体原子氧束流源的研制

原子氧对低地球轨道航天器部件材料的侵蚀及其地面环境模拟日益受到国际航天界的重视.高速飞行的航天器与迎面的空间环境原子氧之间相互作用能量约为5eV,在此能量范围内,原子氧束流与材料表面相互作用的许多物理和化学问题尚待从实验上认真研究,因此必需建立地面环境模拟装置.本文根据电子回旋共振(ECR)原理,利用微波的同轴传输与耦合,采用永磁体构成轴向不对称磁镜场产生会切磁场,降低了常规设计的磁场强度,缩小了装置的尺寸,同时采用无电极放电,避免了重金属杂质导入等离子体,研制出紧凑型纯净原子氧中性束流源.该装置易与真空容器联接.联机运行结果表明该装置能够在10-1-10-3Pa的气压范围内稳定运行,通量密度达到3×1015atom/cm2@s,满足了原子氧环境地面模拟试验对装置小型化的要求.     

GaAlAs单模半导体激光器的光谱特性

单模半导体激光器与单模气体激光器相比较,具有自由振荡噪声的特性而显示出(1/f)~(1/2)的相关性。自由振荡激光二极管发射复盖的频率范围为几兆赫,并具有明显的频率不稳定性。当观测到的谱线窄到大约100千赫而使频率稳定度有显著提高时,10~(-7)到10~(-5)量级的弱反馈可提高激光的发射。较强的反馈会引起发射特性的迅速恶化。     

关于为全球定位系统第一阶段时域测量而建立的NBS双混频时差系统的报告

根据1975年频率控制年会上报告的一篇文章,NBS被要求建立一个双混频时差测量系统。本报告的内容包括满足这种要求的双混频时差系统的设计、制作和测试。该系统的时差测量精度约为0.1ps,准确度约为10ps;同样,频率稳定度的精度可描述为σ_y(τ)≈10~(-13)τ~(-1),0.1s<τ<10~3s,在τ约等于半天时,它等于10~(-16)。全球定位系统计划的第一阶段对该系统的要求是对载于卫星上的钟进行测量。本报告所述双混频时差系统,是能够容易地满足该计划整个时域测量要求的唯一系统。从1975年频率控制年会上报告的原型双混频时差系统获得进一步认识的同时,为满足全球定位系统第一阶段所用时域测量系统的要求,对双混频时差系统的设计和制作作了适当的修改。这些修改包括:一对NBS设计的、用于隔开来自公共振荡器的信号的隔离放     

大功率轨道转移航天器全电推进系统研究

采用基于电推进的空间运输系统(转移级)完成使命,相对于采用化学推进可节省大量的推进剂,能够显著降低航天器的发射重量或者把更多的有效载荷送达探测目标地。调研了国外大功率电推力器的研究情况,针对近地空间的大功率轨道转移航天器任务需求,给出了电推进系统方案设计,并对采用不同性能指标推力器的多种方案进行对比,得到综合最优的方案。最后针对我国电推进技术发展现状,给出了我国大功率电推力器的关键技术和发展建议。     

低噪声宽频带隔离放大器

本文介绍一种隔离放大器的设计方案。依据这一方案可进行实际安装和调试。测试结果表明,方案是可行的。工作于5MHz时,隔离度>100db,相位噪声S_φ≤-150db(f_(11)=10Hz—10KHz),半功率带宽≥70MHz,σ_y(τ)<1×10~(-12)/秒。此外,线路调整简单,工作稳定,通用性强。     

基于EEMD-Hilbert谱的涡街流量计尾迹振荡特性

为了研究涡街流量计尾迹振荡特征,采用集总经验模态分解(EEMD)-Hilbert谱方法,对测量介质为空气、流量范围为10.58~220 m~3/h的涡街流量计管壁差压信号进行处理,首先用EEMD方法对管壁差压信号进行分解,得到固有模态分量,然后对分解后的各个分量进行Hilbert变换,得到Hilbert谱和边际谱,进而提取管壁差压信号的旋涡脱落频率。比较了Fourier变换与EEMD-Hilbert谱方法在信号去噪和频率提取方面的性能。结果表明:EEMD-Hilbert谱方法可有效去除叠加在实际涡街成分之中的噪声,能够较完整保留尾迹振荡的固有成分;在流量较低时,EEMD-Hilbert谱方法对尾迹振荡频率的提取精度比Fourier变换高30%以上,有效拓展了涡街流量计的测量下限;通过计算能量比,揭示了EEMD-Hilbert谱方法提高频率提取精度的原因,即EEMD-Hilbert谱方法降低了信噪比;Hilbert谱直观表示信号的时间-频率-能量关系。     

具有不同等离子体β值的Hall MHD重联中的低频波研究

数值研究具有不同等离子体β值(等离子体热压与磁压之比)的Hall MHD重联过程.对于β值在0.5≤β≤6.5的算例,稳态重联率(6)A/(6)t|st为0.15≥(6)A/(6)t|st≥0.095.本文研究β值在上述范围内的Hall MHD重联中的波动.通过快速傅里叶变换(FFT),将平面外磁场By分量和xz平面内的速度分量vx,vz位于给定点的时间序列转换为功率谱.结果表明,By,vx,vz功率谱的频率范围为Ωci＜ω＜8Ωci,其中Ωci为离子回旋频率.随着β值增大,功率谱峰值能量降低,并且朝着低频端移动.对于电场E采用最小方差分析法(MVA)可以确定波的传播方向k,波矢k与局地磁场B之间的夹角α随β值增大而增大.对于β值最大的算例3(β=6.5),α＜28°.上述结果表明,k准平行于B.为了研究波的偏振特征,在垂直于k的平面内画出E的矢端图.三个算例的矢端图均表明,波动具有右旋偏振特征,在算例1(β=0.5)中矢端图为右旋椭圆偏振,而在算例2(β=2.5)和算例3(β=6.5)中矢端图变成复杂的右旋偏振图形,这些均为哨声波的典型特征.本文的研究为快速磁重联与哨声波之间提供了一种可能的联系.      

利用约瑟夫森电压标准装置测量直流电阻分压箱

提出了一种测量直流电阻分压箱比例的方法,利用可程控约瑟夫森电压标准装置(JVS)直接测量两个电压,计算其比例,具有测量周期短、准确度高、可靠性好的特点。还介绍了JVS和直流电阻分压箱的结构原理,以及测量分压比的技术。JVS能够短时间内连续多次测量10 V和1 V电压信号,几乎"同时"测量,通过合理设计测试方法和步骤,消除了以往测量方法中引线和其他测试设备以及电阻温度漂移的干扰,能够更加准确地测量出分压箱的分压比和线性度等指标,当测量分压箱比率为10∶1和100∶1时,测量的不确定度可分别达到1×10-7和3×10-7。     

超导腔稳频红宝石激射器振荡器

本文介绍一种新型全致冷频率源——超导腔稳频激射器振荡器(SCSMD)的稳定度分析、性能及设计。文中还将介绍该振荡器的各个部件的实验研究结果。它将充分证明采用这一技术方案有可能使频率稳定度达到优于△f/f=10~(-17)的水平。以前设计超导腔稳频振荡器,采用低温下的铌腔与室温下的微波电子器件相结合的方案。但据报道这种方案所能达到的最佳频率稳定度仅为△f/f=3×10~(-16)。这主要是因电子系统与腔体互连的部分不稳定影响了长期性能。但全致冷的方案却不存在这一问题,因为热膨胀系数被冻结(freezing-out)以及完全没有热梯度。红宝石激射器在目前所有微波放大器中噪声温度最低(1.5k),看来它是用于全致冷振荡器的较理想的器件。它的有效输出功率(～10~(-7)W/cm~3在4.2k)足以用来进行时间长于一秒的测量。另外,它具有相当高的增益(Q_m=-100)使得仅需振荡器与稳定腔之间保持很弱的耦合即可。此外,它本身的功耗也很小,即使在低至1k时也能与腔体工作在同一温度环境条件下。但激射器的工作和调谐却需外加磁场,这就产生了一个很重要的技术问题,即需要对超导腔加以磁屏蔽,同时磁场的变化还将产生频率的牵引。为此,文中介绍了采用多腔方案来解决这一问题。该方案将红宝石部件与超导腔隔开一段距离。我们还将谈到具有较大频率牵引效应的低Q腔稳定的激射器振荡器的频率稳定度。最后,本文将介绍有关研制结构最坚固的超导腔的结果。兰宝石的热膨胀系数仅为铌的百分之一,其微波损耗在1.5k时,目前已达的最低值为7×10~(-10)。在兰宝石上镀超导体的谐振腔可达(按设计要求值)Q=10~8。     

一种高精度数字源表小电流校准方法

针对武器装备科研生产单位计量工作通用要求中TUR不小于4:1的要求,提出了一种利用高值电阻器测量高精度数字源表中纳安、微安量级小电流的间接测量方法,通过对多个型号数字多用表输入阻抗的测量与影响分析,评定了小电流的测量不确定度,给出了三个能够满足计量要求的测量标准,通过试验10nA测量点的测量不确定度由7. 0×10~(-4)提高至2. 0×10~(-5),TUR提高了10倍～50倍,不仅满足了规范的要求,更是提高了纳安、微安量级电流参数的测量能力,保证了小电流参数量值的准确、一致。     

防止卫星带电的导电温控涂层

迄今为止,对于同步轨道上运行的卫星,已观察、记载到数百次与卫星表面带电和放电有关的异常行为。这些异常行为主要表现为:逻辑干扰、开关转换、无指令线路转换、遥测异常、配线控制不稳定等。卫星表面的带电是由于磁层亚暴时,热等离子体(能量为几到几十千电子伏特)从磁尾注入同步高度及3—7地球半径的区域,与卫星表面材。料相互作用所致。据ATS-5卫星测得的数据:在同步轨道上运行的卫星每年约有1300小时处于亚暴环境中,其中对卫星影响较大的中、强亚暴(使表面—卫星地电位达-3～-12千伏),约占总时间的60％。     

利用COSMIC数据研究顶部电离层O+扩散流的统计特征

从等离子体运动方程出发, 利用COSMIC星座的掩星数据, 借助相关经验模式, 计算了太阳活动低年顶部电离层O+场向扩散速度和扩散通量, 并分析了其全球分布和日变化特征. 结果表明, 白天等离子体扩散速度的方向随高度增加由向下(极向)逐步变为向上(赤道向), 方向转变的高度一般在hmF2+80 km以下. 在白天较高高度, 南北磁纬10o ~20 o存在着向上方向的最大扩散速度和扩散通量; 而在夜间, 南北磁纬30o~40 o存在向下方向的最大扩散速度和扩散通量. 在分点, 南北半球的扩散通量和扩散速度大致对称; 而在至点, 扩散通量存在着明显的南北半球不对称现象. 另外, 不同纬度的扩散速度有着不同的日变化特征.      

VLF波从大气层到低电离层的传输特性分析

基于传播矩阵法计算了均匀半空间电离层的反透射系数, 同时解Booker复系数四次方程得到电离层的复折射指数, 分别研究了电离层反射透射系数及折射指数随VLF频段入射电波频率、入射角和地磁倾角、电离层电子浓度及碰撞频率的变化规律. 计算结果表明, 在VLF频段, 垂直电偶极子辐射的横磁(Traverse Magnetic)波更易透射进入电离层, 而水平电偶极子辐射的横电(Traverse Electric) 波易被限制在地-电离层波导内来回反射. 电离层电子密度较低时 (如夜间), 在高纬度地区, 观测到地震电离层VLF异常的概率更大. 当考虑地磁场 的影响时, 电离层将允许地震辐射的超低频(Ultra Low Frequency ,ULF)/甚低频 (Very Low Frequency, VLF)部分的电磁波透射进入电离层, 这一点已有很多卫星观测事实为证, 但其进一步的物理机制尚需深入研究.