天基朗缪尔探针传感器设计与仿真

朗缪尔探针是进行空间等离子体电子密度和温度就位测量的重要仪器, 在电离层卫星探测和火箭探测中应用十分广泛. 传感器设计的合理与否是影响朗缪尔探针探测结果的关键因素之一. 朗缪尔探针传感器的结构本身比较简单, 但传感器的设计要受到多种物理条件及工程条件的限制, 其中, 有些限制条件相互制约甚至相互矛盾, 必须综合进行考虑. 从传感器形状、大小和表面材料的选取三个方面分析了朗缪尔探针的各种限制条件, 给出了一种原型朗缪尔探针的设计, 并通过仿真计算验证了该设计.      

朗缪尔探针在轨快速除污染技术研究

讨论了一种朗缪尔球形探针在轨快速去除表面污染的技术方法. 朗缪尔探针是空间等离子体原位探测的一项重要手段, 广泛应用于各种航天器. 探针传感器表面被污染时, 会造成探针I-V特性曲线失真, 从而导致探测获得的等离子体参数产生偏差. 通过试验验证了采用探针传感器加载高压的技术, 其可快速有效清除传感器表面污染, 确保朗缪尔探针在轨探测获得实时、准确的空间等离子体信息.      

探针特性曲线的初级电子修正及用离子声波速度测电子温度的研究

在Te》Ti,且存在两种电子能量的等离子体中,讨论了正确进行朗缪尔探针特性曲线修正——初级电子修正方法;用朗缪尔探针方法得到的等离子体电子温度与离子声波速度测量得到的电子温度分布实验结果比较证明,提出的初级电子修正方法是正确的．实验结果还表明,用离子声波速度测量得到的电子温度误差较小,平均测量误差△Te大约只有0．1eV,有望成为一种可行的电子温度测量方法．     

磁云边界层内朗缪尔波活动现象的初步研究

对35例磁云边界层内朗缪尔波活动现象进行了初步分析, 发现两类磁云边界层内特有的朗缪尔波活动现象. 一类是相对于邻近鞘区和磁云本体, 整个边界层内朗缪尔波活动增强; 另一类是短时间的朗缪尔波爆发现象, 同时伴随着宽频带的多普勒频移离子声波活动. 考察了其中一例朗缪尔波爆发事件对应的高分辨率电子分布函数数据, 发现速度约为7×103 km/s的电子束流形成尾峰分布不稳定性导致了朗缪尔波的爆发.      

电离层综合探测器数据采集处理单元设计研究

电离层综合探测器(CDI)是一种面向快速响应航天器平台、用于原位综合探测电离层等离子体及未完全电离中性气体的新概念空间环境探测仪器, 实现了对常规平板朗缪尔探针、阻滞势分析器和离子阱质量分析器的小型化、一体化设计与集成. 本文基于USB2.0接口和FPGA (Field-Programmable Gate Array)技术, 选用高集成度的COTS (Commercial-Off-The-Shelf)器件, 对CDI多通道数据采集处理单元的系统方案和硬件设计进行研究, 并对FPGA的逻辑资源利用情况和Fusion器件内部ADC采样以及FIFO (First Input First Output)读写时序进行了仿真和分析.      

离子发动机羽流空间电位诊断

离子发动机羽流空间电位分布不合理可能会造成一系列问题,以至于影响航天器的正常工作。试验使用发射探针对20 cm氙离子发动机束流区等离子体空间电位进行诊断,测点选取轴向距离发动机出口平面250～900 mm,径向0～450 mm,探针钨丝直径0.1 mm,加热电流1.5～2.5 A。发射探针诊断建立在电子热发射基础上,因其I-V曲线拐点较朗缪尔探针更为明显,所以测量得到的空间电位分布更为准确。国外已经广泛使用发射探针测量等离子体空间电位,发射探针的试验数据处理方法仍存在较大分歧。从发射探针工作时的物理过程着手,分析热电子发射多少对空间电位诊断结果的影响,采用不同的探针I-V曲线处理方法并对各种方法利弊进行讨论,分析偏离真实空间电位的原因,比较得到较为合理的结果,对发射探针的结构改造和加热电流的选取提供依据,为发动机性能的改善和羽流仿真模型提供参考。     

太阳米波噪暴：哨声模式

本文以日冕活动区磁结构演化为噪暴现象的驱动力,并假定日冕活动区在磁学上是不均匀的——存在强磁场纤维,提出了太阳米波噪暴的哨声模式.活动区磁结构的演化将在冕弧中产生弱激波.当弱激波通过强磁场纤维时,加热部分电子,被加热的电子在强磁场纤维中形成损失锥分布.在日冕的噪暴区域中,快速电子的损失锥分布将产生高亮度的哨声波和朗缪尔波.通过感应散射,朗缪尔波滑向低波区域时将与哨声波发生强烈的互作用而产生窄束电磁辐射(Ⅰ型爆发).强磁场纤维及相应的场位形决定了Ⅰ型爆发的频宽和持续时间.而噪暴连续谱则采用通常认为的各同向电子产生的朗缪尔波与低频波耦合的产物.     

用于热控涂层性能原位测试的辐射计设计

针对空间环境中热控涂层性能退化的问题,提出一种模拟空间环境中利用测热法实现热控涂层太阳吸收率原位测试的辐射计设计方案.结合模拟空间环境的测试要求,进行辐射计的原理设计与理论研究;对辐射计进行结构热分析,建立辐射计测试过程中各项换热的计算式,从而得到辐射计的瞬态计算模型.恒温测试环境下利用辐射计对SR107热控涂层进行了测试.实验结果表明:辐射计测试的SR107热控涂层太阳吸收率值与该涂层的标定值之间的相对误差在2%以内,测试的不确定度为6.3%,实验结果验证了该测试方法的有效性.      

DS/FH测控系统抗干扰性能分析与测试

为全面、有效衡量用于应急测控的直扩/跳扩(DS/FH)系统的综合抗干扰性能,采用最低性能指标约束法,对系统抗干扰性能进行综合分析.以音调干扰、脉冲干扰以及高动态环境为例,探讨了不同干扰条件对系统最低性能指标的影响.为解决最低性能指标约束下系统抗干扰性能测试步骤繁多、效率低、代价高的不足,采用蚁群算法,将指标测试次序建模为最佳路径选择问题.通过实例仿真验证了测试模型的正确性与有效性.该方法对DS/FH测试方案的选择具有指导意义.      

基于相似理论的月球车月面牵引性能预测

引入相似理论对月球车的轮土交互系统进行研究,建立了月壤-车轮交互系统的地面力学相似模型,针对原位月壤内聚力较小的特点,提出了一种无需改变车轮尺寸、以模拟月壤为土壤介质的模型试验方法,对月面重力环境下月球车轮的牵引性能进行预测.利用室内土槽试验和颗粒流仿真相结合的方法对该模型试验方法的有效性进行验证,验证结果与模型试验的理论分析结果较为接近,表明该法具有较好的可行性和有效性,可考虑用于预测月球车的月面牵引性能.     

飞行器特性对雷达探测跟踪的影响

雷达目标特性、飞行特性是飞行器固有的重要特性,也是雷达对飞行器探测跟踪的主要特征量,通过原理理论与实际数据分析总结了飞行器目标特性和运动特性对雷达探测跟踪的影响,描述了飞行器特性与雷达探测跟踪性能间的特征与规律,可为飞行器设计与雷达工程技术人员提供参考。     

利用孤立导体建立等离子体探测载荷参考电位方法

研究讨论了一种利用孤立导体在空间等离子体环境中建立探测器参考电位的技术.将一个金属导体与航天器进行电隔离，利用电路将孤立导体电位引入探测器电源模块，为探测器建立参考电位.该技术可安全方便地应用于卫星等航天器，使探测器的地电位与空间等离子体电位基本一致，避免航天器本体电位对探测器的影响.该技术将应用于中国空间站等离子体原位探测器，通过测试验证了该技术方法可以建立-210～+210V的参考电位，满足空间站等离子体原位探测器-200～+200V的参考电位技术需求.      

等离子体诊断中扫描电压源的研制

详细叙述了扫描电压源的硬件和软件组成,并通过采用PCI-6251数据采集卡、PA93功率放大电路和虚拟仪器软件LabVIEW及工控机相结合, 突破了关键技术,成功研制了一套扫描电压源并应用于等离子体诊断,使整个测试过程非常快, 可以在秒级的时间内完成, 相对于手动测试,该实验得到的数据更为精确, 实时获得了等离子体的伏安(I-V)特性曲线和数据处理结果。     

太赫兹肖特基二极管混频性能分析

工作在太赫兹波段的肖特基混频二极管的混频性能会受到高频效应的影响而降低.将有限差分算法引入二极管内部电磁场的计算中,并从结电容并联效应、趋肤效应、等离子共振、速率饱和效应四个方面分析了高频效应对二极管混频性能的影响,并以截止频率作为品质因数,对二极管结构参数进行优化设计.仿真实验结果表明:随着频率的提高,减小阳极直径、减小外延层厚度和提高外延层掺杂浓度能减小高频效应的影响,提高太赫兹二极管的混频性能.     

二次包封CMOS器件电子辐照实验研究

对CMOS器件54HCT00进行了复合材料的二次包封，研制了试验电路板，在器件加电工作下进行电子辐照试验的动态测试．结果表明，二次封装的器件抗总剂量的能力提高了1—2个数量级，得到了预期的数据和结果．这些工作为商用器件的空间开拓使用提供了很好的途径．     

Current Status and Main Scientific Results of In-flight CSES Mission

The CSES (China Seismo-Electromagnetic Satellite) is the electromagnetism satellite of China's Zhangheng mission which is planned to launch a series of microsatellites within next 10 years in order to monitor the electromagnetic environment, gravitational field. The CSES 01 probe (also called ZH-1) was launched successfully on 2 February 2018, from the Jiuquan Satellite Launch Centre (China) and is expected to operate for 5 years in orbit. The second probe CSES 02 is going to be launched in 2022. The scientific objectives of CSES are to detect the electromagnetic field and waves, plasma and particles, for studying the seismic-associated disturbances. To meet the requirements of scientific objective, the satellite is designed to be in a sun-synchronous orbit with a high inclination of 97.4° at an altitude around 507 km. CSES carries nine scientific payloads including Search-coil magnetometer, Electric Field Detector, High precision Magnetometer, GNSS occultation Receiver, Plasma Analyzer, Langmuir Probe, two Energetic Particle Detectors (including an Italian one), and Tri-Band Transmitter. Up to now, CSES has been operating in orbit for 2 years with stable and reliable performance. By using all kinds of data acquired by CSES, we have undertaken a series of scientific researches in the field of global geomagnetic field re-building, the ionospheric variation environment, waves, and particle precipitations under disturbed space weather and earthquake activities, the Lithosphere-Atmosphere-Ionosphere coupling mechanism research and so on.      

利用静电双探针对辉光放电等离子体诊断分析

阐述了利用Langmuir双探针诊断等离子体参数的基本原理,对圆柱腔中的空气辉光放电等离子体进行了双探针诊断,通过实验测得伏安特性曲线,计算得出等离子体密度和电子温度。分析了密度参数变化与放电电流大小之间的关系。最后将诊断结果与准光腔系统进行比较,二者虽略有差别,但差别不大,且变化趋势一致。验证了采用本双探针系统诊断辉光放电等离子体密度的可靠性。