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。     

等离子体鞘层效应对磁层探测电场仪设计的影响

在空间环境探测中,卫星与等离子体的相互作用会改变背景环境的粒子和电位的分布,从而影响探测器对空间电场的测量.为了给磁层卫星电场探测仪器的研制和设计提供参考,本文以中国未来的磁层电离层探测为背景,针对不同轨道高度的等离子体环境,利用SPIS（Spacecraft Plasma Interaction Software）模拟了卫星平台和探针与等离子体的相互作用,从而得到了不同环境下卫星周围等离子体鞘层的厚度,以及探针电位与电流的对应关系.模拟结果表明:由于光电子和二次电子的影响,卫星鞘层的厚度小于等离子体的德拜半径,且温度越高其偏差越大;模拟得到的探针表面电流与电位的关系表明,施加偏置电流的探针可明显提高对电流扰动的抗干扰能力.此外,估计了不同轨道高度上探针处于最佳工作点时应施加偏置电流的大小.      

磁层电场仪前端信号处理电路研究

针对磁层稀薄等离子体环境中的电场测量,设计了一种电场仪前端信号处理电路方案.双探针电场仪通过向等离子体输出驱动电流,测量两探针间的电位差,从而测量空间电场的探测仪器.在磁层稀薄等离子体环境下,等离子体阻抗较高,电场仪探针将工作在较高的工作电压上.若探针电压接近或超过电路耐压值,则可能会影响探测结果,甚至损坏电场仪.本文结合低偏置电流的电压跟随方案和反馈悬浮电源控制方案,解决了稀薄等离子体环境中电场测量的弱电流采样和高动态电位处理问题,并采用低噪声元件和特殊电路设计,控制电路噪声.测试结果显示,本方案可使探针适应±100V的悬浮电位,实现150kHz带宽的电场信号测量,且噪声小于14nV·mHz-1/2,满足目前空间电场仪测量精度需求.      

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.      

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.      

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，对已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。     

基于BP神经网络的GEO等离子体环境参数反演分析

空间等离子体环境诱发的表面充电效应会对航天器运行产生干扰，严重时将导致太阳电池等部件失效。通过神经网络反演方法，以GEO环境中介质表面充电电位曲线作为输入，在双峰麦克斯韦分布假设下，可以逆向得到高能峰的等离子体参数。分析了GEO等离子体环境参数对表面充电电位曲线的影响，表明高能峰在充电过程中起决定性作用；其次通过MATLAB搭建BP神经网络，采用COMSOL计算得到多组充电曲线进行网络训练和反演计算，得到等离子体密度反演的平均相对误差为0.42%，温度反演的平均相对误差为0.03%，整体误差在0.1%～5.6%。结果表明，采用神经网络对等离子体环境进行反演具有可行性，该方法可以作为空间等离子体环境探测结果的对比参考和航天器非探测点表面电位计算的输入条件。     

余辉等离子体的实验研究

利用调制脉冲产生的余辉等离子体的参数测量表明:等离子体空间电位和电子温度的衰变是重要的,它在余辉等离子体的密度衰变过程研究中必须予以考虑.对容器中余辉等离子体密度径向分布的测量结果与理论预言是一致的.     

材料次级电子发射特性对表面充电影响的数值计算研究

表面充电是最早被人们发现的空间环境效应, 是由空间环境引起的航天器异常和故障的主要诱因之一. 采用较精确的金属二次电子发射公式和局部电流平衡模型, 在无光照的情况下, 对不同表面材料及不同几何形体的航天器表面充电电位进行计算, 并绘制了表面材料的充电电位与最大二次电子发射系数之间的关系曲线. 根据数值计算结果及次级电子发射系数和曲线图得知, 航天器阴面充电电位与表面材料的原子序数、最大二次电子发射系数和入射离子引起的次级发射系数均有关. 该计算对航天器表面材料的选取和设计工艺有一定的参考价值.      

利用Langmuir探针诊断激波管高温高密度等离子体

利用Langmuir探针诊断等离子体参数的基本原理,对由激波管产生的高温等离子体进行了密度诊断,实时得到了较为完整的等离子体伏安特性曲线,并通过数据处理得到等离子体电子温度、电子密度参数等。比较了激波马赫数9Ms~24Ms范围内,Langmuir探针与离子探针收集法电子密度测量结果,二者的差异较小,且具有相同的变化趋势,因此验证了采用本实验装置诊断等离子体的可靠性和正确性,为高温高密度等离子体的研究提供一种有效的诊断手段。     

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HVASA的设计是不应忽视的。     

等离子体片边界层处离子的随机加速

本文讨论宽频带静电噪声对等离子体片边界层处粒子的随机加速问题.计算表明:宽频带静电噪声会使离子轨道在相空间Poincare截面上一定范围内无规行走, 该范围与扰动电场的振幅、频率和波矢有关;引起的离子随机加速使一部离子能获得较高的能量, 在等离子体片参数下预计最大能量可达1000keV量级;对电子, 随机效应不明显.该结果为等离子体片中高能离子的存在这一长时观测特性提供一种新的可能产生机制.      

卫星上的VLF发射装置在海面上产生的场

星载的VLF/ELF发射装置用于对潜通讯时,天线是位于400km高度的电离层F层中的垂直线天线。在天线理想化为一个电偶极子,电离层理想化为一个均匀锐边界各向异性等离子体模型下,分析讨论了VLF发射装置在海面上产生的场。      

天基X射线掠入射式成像望远镜发展现状

阐述了太阳X射线成像观测在空间天气预报中的地位和作用，叙述了掠入射式X射线聚焦成像的基本原理，简要介绍了在轨成功运行的天体X射线成像望远镜和太阳X射线成像望远镜的基本设计和技术指标，并介绍了国内正开发研制的专门服务于空间天气预报的太阳X射线成像望远镜基本设计和主要特点．     

Energetic ion emission for active spacecraft control

Future space missions aiming at the accurate measurement of cold plasmas and DC to very low frequency electric fields will require that the potential of their conductive surfaces be actively controlled to be near the ambient plasma potential. In the near-Earth space these spacecraft are usually solar-cell powered; consequently, parts of their surface are most of the time exposed to solar photons. Outside the plasmasphere, a positive surface potential due the dominance of surface-emitted photoelectrons over ambient plasma electrons is to be expected. Photo- and ambient electrons largely determine the potential and positive values between a few Volts up to 100 V have been observed. Active ion emission is the obvious solution of this problem. A liquid metal ion emitter and a saddle field ion emitter are nearing the stage of flight unit fabrication. We will attempt to clamp the spacecraft potential to values close to the plasma potential. We present first results from vacuum chamber tests and describe the emission behaviour and characteristics of emitters producing, respectively, In⁺ and N₂⁺ beams with an energy of ≥ 5 keV.     

空间尘埃的充电过程及与等离子体参数的关系

考虑了地球附近的彗星、行星环、行星际介质等空间尘埃等离子体环境中尘埃颗粒的充电问题．应用典型的空间尘埃等离子体参数，计算了不同种类的尘埃颗粒，以及不同等离子体成分下等离子体中尘粒的平衡电势，得到了尘埃颗粒的平衡电势与尘埃等离子体成分、温度，及其他等离子体参数之间的相互关系．     

Laboratory experiments on spacecraft charging and its neutralization

Simulation experiments on spacecraft charging in space plasma and its neutralization are performed in relation to the electron beam experiment (SEPAC) on Space Shuttle Spacelab 1. A spacecraft simulator or a spherical probe is immersed in a magnetized plasma and a positive high voltage with respect to the plasma is externally applied to it. The current-voltage characteristics follow quite well with the theoretical model of Parker and Murphy [1] in the low voltage, low pressure region. When the voltage rises to more than the ionization potential of the surrounding neutral gas, it departs from the model and the effect of plasma production by the electron current becomes very important. The same kind of ionization effect as this has also been observed in our rocket experiments with an electron beam. The enhancement of the ionization effect by an additional neutral gas injection causes a considerable suppression of the potential rise of a spacecraft emitting an electron beam. This is demonstrated with the SEPAC accelerators in a large space chamber experiment.