利用等离子体加速器发射超高速 微小空间碎片的研究

文章介绍了国内外微小空间碎片超高速撞击地面模拟实验研究的现状,描述了国内等离子体微小空间碎片加速器的研制进展和初步实验结果,分析了该加速器在空间碎片防护研究工作中的应用。在初步调试阶段,在系统设计满负荷储能6%和35%的条件下,分别将100 ?m和200 ?m的玻璃微粒加速至5.5 km/s和9.3 km/s。利用该加速器可以模拟研究10～1 000 ?m的微小空间碎片对卫星功能材料的撞击损伤特性,可以加速模拟研究卫星关键部件或分系统在大量微小空间碎片撞击下的失效机理和失效模式,为卫星防护微小空间碎片的设计提供技术支持。该加速器还能为国内发展星载空间微小碎片探测仪器的设计和标定提供模拟实验条件。     

空间微小碎片撞击对太阳能电池性能影响

文章利用中国科学院空间科学与应用研究中心的等离子体驱动微小碎片加速器,进行了空间微小碎片累积撞击太阳能电池的模拟试验。之后,利用体式显微镜统计出太阳能电池表面的撞击坑,并测量了撞击前后太阳能电池的开路电压、短路电流、最大输出功率等参数的变化。试验结果与理论分析揭示了引起太阳能电池功率衰减的主要原因是碎片累积撞击导致的太阳能电池表面损伤。     

探测微小空间碎片的MOS电容传感器设计研究

获得在轨微小碎片环境数据,是建立、检验和完善微小碎片环境模型不可缺少的手段。国内空间碎片研究工作的深入开展,须要研制适合搭载到航天器上的微小碎片探测器,以完成轨道空间的微小碎片的质量、尺寸、速度及飞行方向等参数的测量。微小碎片撞击到金属-氧化物-半导体(MOS)电容传感器,会导致传感器放电和充电,通过检测充电过程的电脉冲信号,记录微小空间碎片撞击事件,从而获得微小空间碎片通量。文章就探测微小碎片的MOS电容传感器设计及其地面高速粒子撞击模拟试验进行了研究,并验证其探测微小空间碎片的可行性。     

空间微小碎片对光学玻璃的污染效应研究

航天器在轨服役期间会遭受到大量空间微小碎片撞击作用。这些微陨石和空间微小碎片可能在光学玻璃表面碰撞产生陷坑,也可能吸附在航天器光学玻璃表面造成污染。文章介绍了采用静电式粉尘加速器使微米级铝粉末低速撞击K8光学玻璃,在玻璃表面吸附大量的粉尘粒子。研究结果表明,被铝粒子污染的光学玻璃透过率明显下降。透过率下降与污染程度成比例。对光学玻璃表面单个粒子陷坑计算分析表明,粒子吸附在玻璃表面时,比粒子陷入一定深度造成的光线衰减更大。     

空间粉尘高速撞击对光学玻璃透过率影响的研究

航天器在轨服役期间会遭受到大量的微陨石及空间微小碎片撞击作用。这些微陨石和空间微小碎片可能吸附在航天器光学玻璃表面,也可能与光学玻璃表面碰撞产生陷坑等缺陷。文章采用爆炸式粉尘加速器加速微米级铝粉末撞击K8光学玻璃,在玻璃表面产生大量碰撞陷坑形成砂蚀磨损现象,利用CΦ-46型分光计测量光学玻璃的透过率。结果表明,光学玻璃磨损区域的透过率明显下降。透过率下降程度与陷坑数量成比例。通过对单个陷坑的计算,当陷坑深度大于或等于一个粒子直径时,光线衰减程度达到最大。     

一种新型空间微小碎片超高速碰撞试验地面模拟方法

文章简要叙述了空间微小碎片环境及其对航天器的影响,同时介绍了一种新型空间微小碎片超高速碰撞地面模拟方法——激光驱动飞片技术。     

ITO/Kapton/Al薄膜材料空间微小碎片与原子氧综合作用试验研究

空间微小碎片与原子氧作用对带防护涂层材料的性能有较大影响。文章针对ITO/Kapton/Al薄膜进行了微小碎片与原子氧综合作用的试验研究。结果表明:微小碎片与原子氧作用后,薄膜表面损伤严重,质量损失明显;综合作用和单独碎片撞击造成材料太阳吸收比的退化程度一致;综合作用造成ITO/Kapton/Al表面In、Sn含量降低,C含量低于单独碎片作用样品。     

微小碎片对航天器舷窗玻璃损伤状况的跟踪研究

空间微小碎片环境比较复杂,其来源包括人为产生的碎片及微流星体。空间微小碎片不仅速度较高,而且数量庞大。它们频繁撞击航天器外表面,包括舷窗部位,特别是对航天飞机舷窗已造成巨大危害,使长期服役的国际空间站舷窗玻璃存在安全隐患。文章简要介绍了空间微小碎片对航天飞机和空间站舷窗玻璃的损伤状况,以及NASA对此做出的改进措施,这些跟踪研究成果可为我国长寿命、高可靠航天器舷窗结构设计提供参考依据。     

光学器件的空间粉尘高速撞击效应研究

文章利用静电加速器模拟研究了微小空间碎片及微流星体(空间粉尘)高速撞击镀膜石英玻璃,光学透镜和反射镜的撞击效应与累积损伤特性.扫描电镜观察结果表明,被撞击试样表面的损伤形式为不连续的点缺陷,可发现撞击坑、机械破裂、局部熔化和粉尘微粒子附着;分光光度计测试结果显示,经粉尘累积撞击后,光学透镜的透射率和反射镜的反射率均发生...     

激光驱动飞片速度和完整性的影响因素分析

激光驱动微小碎片装置是一种地面模拟微小碎片对航天器损伤破坏的研究设备,其模拟碎片的速度和整体性是两个最关键的性能参数。文章从驱动设备的原理出发,介绍了激光器性能参数、飞片靶约束层及烧蚀涂层对碎片速度和整体性的影响,给出了约束层和烧蚀涂层厚度设计方法及选材范围,并比较了不同的飞片靶制备工艺对飞片速度和整体性的影响。     

MOSFET单粒子烧毁引起的DC/DC电源变换器功能失效试验研究

文章利用回旋加速器产生的Kr离子,对双路输出的DC/DC电源变换器开展了单粒子效应试验研究,分析了在空载和加载两种偏置条件下的试验结果,指出内部功率MOSFETs器件的漏-源端电压在单粒子辐照条件下超出了器件的击穿电压是导致DC/DC电源变换器单粒子功能失效的直接原因,最后给出了航天器电源系统抗辐射设计和功率MOSFETs器件选用建议。     

A method of measuring energy of higher than 20 GeV protons with the help of thin (about 0.6 nuclear path lengths) discrete calorimeter

Calorimeters play an important role in cosmic-ray physics and, in particular, in experiments, which are carried out in the atmosphere with balloons and on satellites in space. This paper presents a method of energy measurement for protons (at energy higher than 20 GeV) with the help of a thin discrete calorimeter (using as an example the position-sensitive silicon-tungsten calorimeter of the PAMELA experiment) developed based on the data of simulation by the Monte-Carlo method and on the results of test experiment at an accelerator in charged particle beams. The method is based on measurement of the total released energy and on the criterion of event selection, which characterizes the beginning of particle cascade development in the calorimeter. The influence of insertion of additional parameters on the energy resolution obtained with the help of this method is also studied.     

20cm口径离子推力器性能建模与仿真

为了分析国内首台通过在轨飞行测试的20cm离子推力器栅极系统束流离子运行特性和推力器性能,针对该推力器栅极系统建立了束流引出二维数值仿真计算模型,利用PIC/MCC数值仿真计算方法,模拟束流引出过程中带电粒子在电场作用下的加速、聚焦与引出、带电粒子与中性原子之间的相互作用、电场和等离子体流场之间的相互耦合等过程。数值计算结果显示,屏栅截获的离子电流约为1.71×10 -4 A,加速栅截获的电流和CEX离子电流分别为0 A和9.11×10 -7 A,因此,加速栅电流的主要来源是冲击到其表面的CEX离子,证明了加速栅电流的主要来源是冲击到其表面的CEX离子,计算的加速栅截获电流与束流电流之比约为0.114%。试验测得推力器运行4000h期间,电子反流极限电压始终为75~90〖KG*9〗V,其变化幅度很小,这意味着中和器发射的电子在栅极系统中的反流不会导致其发生失效。理论计算结果与试验测试值相比,误差约为1.08%。〖JP〗     

在轨高效目标检测加速技术

针对深度卷积网络目标检测算法参数量大、计算量大以及受星上计算资源、存储资源及功耗的限制，难以实现在轨部署的问题，提出了一种在轨高效目标检测算法加速框架与实现方法。首先，设计了一种可以同时兼容三种卷积算子的计算引擎，有效提高了资源利用率;其次，从通道和卷积核两个维度将目标检测算法模型展开，实现了加速器的高度并行化和可扩展性;最后，在多种FPGA平台上实现了该加速器并对其性能进行了评估。实验结果表明：所提出的加速器计算性能可以达到1843.2 GFLOPs(每秒千兆次浮点运算)，推理时间为0.22 ms。与同类加速器方案相比，所提出的加速器框架在性能、功耗、能效比及推理时间方面具有很大优势，适合部署在资源受限环境中，具有良好的星上应用前景和价值。     

Experimental hypervelocity impacts: Implication for the analysis of material retrieved after exposure to space environment: Part I. Impacts on aluminium targets

During the last three decades a wide variety of surfaces have been brought back to Earth after being exposed to space environment. The impact features found on these surfaces are used to evaluate the damages caused to spacecraft and can give clues to the characteristics of the orbital debris and meteoroids that created them. In order to derive more precisely the particle parameters and to improve the analysis of projectile remnants, we have performed an extensive analysis of craters caused by the impact of high velocity particles on thick ductile targets, using a micro-particle accelerator. We show that from the geometry of the craters and from the analysis of the remnants it is possible to derive the main characteristics of the projectiles. In particular, using up-to-date instrumentation, scanning electron microscope (SEM) and Energy Dispersive X-ray (EDX) spectrometer, we found that even small residues inside craters can be identified. However, this study shows that a velocity resolution better than 1 km/s would be appropriate to obtain a fair calibration of the impact processes on a ductile target. This would allow to decipher with precision impact features on ductile surfaces exposed to space environment.     

空间在轨环境下的30 cm离子推力器三栅极组件间距变化仿真分析

采用有限元仿真(FEM)与地面热平衡试验验证相结合的方法，计算并模拟了30 cm离子推力器处于在轨环境时，有、无主动热控对三栅极相对位移变化造成的影响，并对目前离子推力器设置的工作启动流程可能造成的打火风险进行了预估。结果显示：三栅极组件的热形变方向均为法向方向，且栅极中心区域的间距最小；在 -269 ℃ 在轨极限环境温度下，推力器在5 kW工作模式下温度平衡后的屏栅与加速栅最大热态间距为0.14 mm，加速栅和减速栅则已发生贴合；在受太阳辐照以及卫星帆板恒温边界的影响下，栅面最低初始温度为-102 ℃；当推力器主动热控保证温控点为20 ℃时，栅面最低启动温度为-25 ℃，且推力器工作8000 s后，屏栅与加速栅、加速栅与减速栅的最小间距分别稳定在0.25 mm和0.20 mm；当推力器主动热控保证温控点为50 ℃时，推力器工作9000 s后，屏栅与加速栅、加速栅和减速栅最小间距分别稳定在0.31 mm和0.30 mm，能够满足0.25 mm的栅极安全打火间距要求。     

一种2π视场高分辨热等离子体分析仪设计与仿真

针对空间热等离子探测中大通量动态范围、宽视场和高分辨率的需求，以带顶盖球形静电分析器为基础设计了2π视场热等离子体分析仪(Hot plasma analyzer, HPA)，探测性能得到显著提升。通过优化球形剖面视场偏转系统以及粒子光学系统，实现对热等离子体的2π视场高角度分辨率探测，可探测能量范围覆盖50 eV~20 keV，能量分辨率优于10%。利用顶盖电压控制方式实现几何因子在两个量级内连续可调，可以满足对太阳风和磁层热等离子体的全空间高分辨探测需求。     

聚集状态对固体火箭发动机颗粒粒度分布的影响

开展了聚集状态下颗粒的收集实验和粒度分析,研究了聚集度和压强对粒度分布的影响规律.聚集状态的颗粒利用收缩管装置产生,采用一种颗粒收集方法对颗粒进行收集,并冻结其形态,对收集到的颗粒采用激光粒度分析仪进行了粒度分析.研究结果表明,聚集状态下颗粒平均粒度比常规条件下大很多,分布范围也较常规条件下宽得多,粒度分布曲线呈双峰或多峰分布,主峰比重很大;颗粒聚集度增大,颗粒粒度平均值增大,大粒度颗粒比重增加;颗粒粒度随燃烧室压强增大而增大.     

Optimizing electrostatic radiation shielding for manned space vehicles

The shield has three concentric grids having a net charge of zero. The voltage across the outer pair is chosen to repel electrons; and that across the inner pair is chosen to repel nucleons. The negative grid is coated to absorb ultraviolet light to prevent photoemission, and secondary emission is minimized by a grid/thin foil combination. Voltage is maximized and mass minimized by setting the ratio of the negative to the inner positive electrode radii to ≥ 2. The outer grid pair forms a space truss with rigid geodesic grid, from which catenary tensile members are suspended. For docking there is passage directly through the sparse gridwork of larger structures, or through a charge shifting vestibule on smaller. While efficiency increases indefinitely with size, favorable sizes for given voltages are indicated. Large modular habitats and small powered transport vehicles are protected with efficiencies several orders of magnitude over mass shielding against charged particle cosmic radiation.