临近空间地面模拟装置等离子体源仿真研究

为了指导临近空间地面模拟装置中等离子体源结构设计及等离子体环境参数优化，围绕相关指标体系要求，采用数值模拟方法，分析临近空间等离子体环境地面模拟装置中的射流等离子体与下游目标模拟体相互作用。通过研究射流入口处等离子体状态与下游等离子体对钝体包覆效果的依赖关系，明确了影响包覆特性的关键等离子体参数、重要外控参量，及其对下游目标模拟体包覆特性的影响规律。仿真结果表明：相对于其他因素，射流入口的半径、气体流速、速度偏角、气体温度、钝体直径、环境背压等工况对有效实验区长度及厚度参数的影响较大。相关结果对于临近空间等离子体环境地面模拟装置中等离子体源优化设计及等离子体环境参数定向调控具有指导和借鉴意义。     

磁等离子体动力推力器发展历程及工程应用中关键技术分析

磁等离子体动力推力器具有比冲高、推力密度大的特点,被认为是未来大功率空间任务最有潜力的推进方案之一。作为电磁推进装置的一种,磁等离子体动力推力器的性能与磁场密切相关。文章从磁场来源的角度讨论了磁等离子体动力推力器的发展历程,分别介绍了自身场磁等离子体动力推力器和附加场磁等离子体动力推力器的工作原理以及几款典型的推力器原理样机的结构和特点。此外,分析了推力器综合效率与磁场产生效率之间的关系,针对磁等离子体动力推力器的工程应用中的一些关键技术进行了探讨,具体包括大功率空间能源系统、推力器寿命、推力器小型化和轻质化等方面,并列举了国内外研究机构在这些方面做出的部分研究工作。最后对磁等离子体动力推力器的未来发展方向进行了展望。     

空间环境对无线电波传播的影响综述

文章研究了空间环境对无线电通信的影响,主要体现在多种因素制约下的等离子体环境对电波传播的影响。首先介绍了几种典型的电离层模型,接着详细讲述了工程实用电离层模型;随后给出了电磁波在等离子体环境中的传播路径和等离子体介质在磁场环境下对电磁波影响的定量分析,并建议将空间等离子体环境（包括星际等离子体环境和电离层等离子体环境等）作为一个整体进行研究,来考虑地磁场对等离子体电磁特性的影响;最后基于目前理论的不足与实际需求的矛盾,探讨未来的研究方向。     

一种不借助零磁线圈的星载磁强计校准方法

文章介绍一种星载磁强计校准装置及方法。首先,将高精度地面磁强计的三分量磁传感器置于标准磁场发生装置形成的磁场环境内,通过后端数据处理装置采集得到第一磁场数据,并进行不同量程下螺线管线圈常数C_i的标定;然后,将星载磁强计置于上述标准磁场环境内,并以高精度地面磁强计不同量程下获得的C_i作为基准,通过后端数据处理装置采集得到第二磁场数据;最后,对第一磁场数据和第二磁场数据进行比对,得到星载磁强计的量程、分辨率及稳定性校准值。上述校准项目所有参数的校准结果不确定度为u=0.12%（k=2）。本方法已成功应用于多种军民型号星载磁强计校准。     

临近空间高超声速飞行器黑障问题研究综述

首先对国内外黑障问题研究历史进行了回顾，然后从等离子体鞘套形成机理和基本特征、电波传播机理及信道特征等方面阐述了高超声速飞行器黑障问题的成因。随后，着重介绍了等离子体流场和电波传播数值模拟方法并分析了方法的适用性。进一步对等离子体地面模拟方法和诊断技术进行了概述，并对国内外地面黑障实验结果进行了详细分析。在此基础上，针对临近空间高超声速飞行器的特点，采用层次分析法(AHP)对现有黑障消除技术进行了评估，给出了目前工程实用方法、近期可能实现的工程实用解以及未来具有应用潜力的消除技术。最后，对黑障问题后续研究方向提出了几点建议。     

载人航天器微量污染控制装置实验研究

在分析中长期载人航天器舱室内的微量气态污染来源，以及比较国内外微量污染净化系统方案的基础上，提出适合我国将来发展的空间实验室微量污染净化系统，它由活性炭吸附床、高温催化反应装置、常温催化反应装置、风机、阀门及控制装置等组成。文中重点介绍了高温催化氧化装置实验样机的结构设计和控制方法，在搭建的实验平台上对该净化样机进行了各种工作性能实验研究。实验结果表明：温度控制器控制精度高、装置工作性能稳定、净化效率较高。     

中国科学家揭示太空三维磁重联的几何结构

2007年6月24日，国际权威科学刊物Nature Physics网络版提前发表了中国科学院国家天文台肖池阶副研究员等合作完成的三维磁重联完整几何结构的卫星观测研究成果，并称这一工作朝着（太空）天体等离子体中的三维磁重联的完整图像更前进了一步。欧洲航天局的官方网站把这一成果作为头条新闻发布，称这是由中国科学家领导的国际团队得到的一个先驱性发现，是继2006年首次发现自然界中存在磁场零点后的又一重要发现。     

“嫦娥一号”卫星观测近月太阳风离子特征

"嫦娥一号"卫星的太阳风离子探测器(SWIDs)的科学目标是研究太阳风与月球的相互作用以及相应的近月空间等离子体环境。文章利用"嫦娥一号"卫星SWIDs探测器在2007年12月30日的观测数据对近月太阳风等离子体环境,包括向阳侧太阳风离子、"拾起"离子以及在月球尾迹边界处的太阳风离子的特征进行分析,得到以下主要观测结果:1)在慢速太阳风中观测到双峰结构,分别为太阳风中的氢离子和二价氦离子;2)在行星际磁场具有明显昏向(+By)分量期间,在月球向阳侧持续观测到有月表散射或反射后被拾起的太阳风离子;3)与入射的太阳风离子不同,这些拾起的太阳风离子具有明显的角度分布特征;4)在行星际磁场昏向(晨向)期间,太阳风中的氢离子在月球尾迹北半球的边界处呈现减速(加速)特征并进入尾迹;而并未发现氦离子进入尾迹的特征。"嫦娥一号"卫星的这些观测数据对于认识近月空间等离子体环境有着重要的意义。     

地面实验室模拟空间等离子体环境的初步测试

在地面模拟电离层等离子体与高压太阳电池阵的相互作用时,需要一定密度和能量的等离子体环境,因而希望能在地面试验室中利用微波ERC等离子体源来近似模拟空间等离子体环境。文章对该等离子体源进行了初步测试,利用等离子体诊断系统获得了在大真空容器中的等离子体有关参数的测量数据,通过分析,我们得到了一个比较均匀的等离子体环境。     

《航天器环境工程》“国家大科学工程:空间环境地面模拟装置”专刊征文通知

正专刊背景国家大科学装置是支撑基础科学前沿研究和多学科交叉前沿研究的公共平台,是为重要科学技术目标提供可长期稳定运行的大型设施。"十二五"国家重大科技基础设施"空间环境地面模拟装置"是由哈尔滨工业大学与中国航天科技集团有限公司共建的国家大科学工程项目。该项目聚焦航天领域重大基础性科学技术问题,拟构建我国首个空间综合环境与航天器、生命体和等离子体相互作用科学领域的大型研究基地,可开展真空、高低温、粒子辐照、电磁辐射、空间粉尘、中性大气、弱磁、等离子体、微重力等空间综合/极端环境效应与模拟技术研究,揭示空间环境下材料—器件性能/航天器系统功能/生命活动现象/空间等离子体行为的时空演化规律与环境效应的物理本质。     

螺旋波等离子体推进器磁场仿真

推进工质电离、加速、喷出过程以及电羽流的污染控制等都与磁场密切相关。磁场位形的仿真设计对于提高螺旋波等离子体推进器的性能至关重要。基于等效磁荷方法建立了专门针对螺旋波等离子体推进器的三维磁场仿真模型, 计算出圆柱形与圆环形铷铁硼(Nd-Fe-B)永磁体组合产生的磁场位形及磁场强度分布特征。该模型为改进电推进器实验方案提供必要的参考和指导;通过大量仿真计算与分析, 从大量的磁铁构型方案中优选出合适的磁铁构型, 可以缩短螺旋波等离子体推进器的实验周期, 降低成本, 加快电推进器的研发进度。     

微米级空间碎片超高速撞击地面试验技术的研究进展

微米级空间碎片对航天器的累积效应将对其性能造成严重的影响,国外已开展了相关的超高速撞击地面试验技术研究.针对微米级空间碎片特点,国外相继发展了激光驱动加速、粉尘静电加速、电炮加速和等离子体加速等四种主要的地面试验技术.主要介绍了四种试验技术的原理和方法以及国内外研究进展,并对上述试验技术的各自特点作了对比,对各自适用范围进行了讨论.     

空间综合材料科学实验装置的设计与实现

为了满足各种材料在空间进行科学实验的目的,设计了能在空间长期工作的综合材料科学实验装置。文章详细介绍了该装置中的样品提拉机构、样品夹具结构和人机工效学的设计过程。实验结果验证了设计理论和方法的可行性和实用性;实验装置运行平稳、可靠,实验样品完整、无损伤。该装置首次实现了多批次样品的管理和更换功能以及在轨人工参与操作功能。     

直流电弧等离子体炬的数值模拟

等离子体炬内部的物理场是影响等离子体性能及等离子体炬设计等方向的重要信息。受等离子体炬内部小空间、高能量密度及高电荷密度等因素的影响，无法通过常规手段进行测量。为了得到等离子体炬内部的温度、速度场分布情况，本文使用COMSOL建立了一台30 kW直流等离子体炬的二维轴对称模型。为了验证模型的可靠性，搭建了包括等离子电源、等离子体炬在内的实验平台，并使用热焓探针对该等离子体炬出口处的温度场进行诊断。将等离子体炬的模拟结果与实验测得的数据进行对比，发现模拟结果能够较好的吻合实际情况。改变模型阴极的电流输入，对等离子体炬内部的流场及温度场变化情况进行了系统模拟研究，得出了等离子体炬内部的发展模式，以及热量传递的薄弱点，可以为今后等离子体炬的优化方向提供参考。     

航天器近地空间环境效应综述

空间环境是影响航天器飞行的重要因素之一。文章在总结近地空间环境含义的基础上,按形成因素对近地空间环境进行分类,并详细分析了辐射环境、摄动环境、磁场环境、等离子体环境、微流星体和冷黑环境及其对近地空间航天器的效应。     

磁流体发电系统在空间电源中的应用研究

介绍了直线型和盘式磁流体(MHD)发电机,鉴于盘式磁流体发电机结构紧凑、发电效率高、对应磁体系统简单等优点,建议在大型航天器上采用盘式磁流体发电机。根据空间应用的特点,盘式磁流体发电机的工质应选用氦/氙混合气体;在抑制等离子体的不稳定时,应综合使用扩张通道、导流片、波状外形壁面及射频线圈等方法。对空间盘式磁流体发电系统及试验设备研究情况进行了介绍;以高温气体闭环核能磁流体发电系统为例,分析了其工作原理和质量功率比等性能参数;总结出地面试验的研究趋势是向超长时间运行发展。针对我国在反应堆、材料、工艺等方面的发展现状,建议深入开展磁流体发电技术及盘式磁流体发电机研究,突破等离子体参数测量、稳定性等关键技术,促进我国在空间核动力技术领域的快速发展。     

双臂自由飞行空间机器人捕捉目标实验研究

本文主要介绍了在地面上模拟的空间微重力环境下双臂自由飞行空间机器人捕捉目标的实验。首先介绍了双臂自由飞行空间机器人地面实验平台，该实验平台由机器人模型、视觉系统、无线通讯系统、网络系统、操作台、运动规划系统、气浮系统七个子模块构成。其次简单介绍了双臂自由飞行空间机器人捕捉目标策略，最后介绍了基于该实验平台的几种实验。     

科技信息

中国科学家揭示太空三维磁重联的几何结构2007年6月24日,国际权威科学刊物Nature Physics网络版提前发表了中国科学院国家天文台肖池阶副研究员等合作完成的三维磁重联完整几何结构的卫星观测研究成果,并称这一工作朝着(太空)天体等离子体中的三维磁重联的完整图像更前进了一步     

稳态等离子体电推进技术研究现状及其关键技术

研究表明,稳态等离子体推力器(SPT)具有比冲大、效率高、寿命长的优点,是具有较高性能的先进空间推进系统之一,已广泛应用于小卫星的姿态控制和轨道保持。概述了SPT的系统组成和工作原理,重点介绍了SPT的研究进展、主要性能参数、关键技术及其在潜在应用领域中的性能优势,指出其关键技术有空心阴极的热设计和结构设计以及弯曲磁场位形的设计。对我国SPT研究内容提出了建议。     

两种翼型螺旋桨ARA-D和S1223的等离子体增效实验研究

文章首先基于雷诺相似理论,在地面螺旋桨实验平台上开展ARA-D翼型螺旋桨微秒脉冲等离子体增效三维实验,结果表明,等离子体对螺旋桨拉力增效效果随着脉冲频率增加而减弱,而螺旋桨转矩受等离子体影响随拉力增效效果增加而减弱,拉力、效率最大增幅分别达到10.79%、11.56%。而后基于雷诺相似理论及叶素理论,在低湍流度风洞开展S1223翼型螺旋桨叶素微秒脉冲等离子体增效二维实验,结果表明等离子体激励提高了翼型各叶素拉力,其中根部与尖部叶素表现尤为明显。二维实验结果可为三维实验激励器展向排布方案提供理论依据。2种实验结果均表明,等离子体射流可以有效抑制翼型表面流动分离。