释放不同化学物质对电离层扰动的比较

在电离层F区释放氢（H₂）、水（H₂O）、二氧化碳（CO₂）、六氟化硫（SF₆）、三氟溴甲烷（CF₃Br）、羰基镍（Ni（CO）₄）可以损耗局域等离子体电子密度,形成电子空洞,电离层电子密度的改变主要取决于释放物质的气态分子与电离层之间的离子化学反应.在电离层人工主动扰动实验中,应根据发射成本和扰动效果对释放物质进行选择.通过热力学原理和有限元模拟方法计算比较了上述6种物质对电离层的扰动影响.计算结果表明,6种物质中水的气化率最低,约为19%,其余5种物质都在60%以上,选择密度小的物质,例如H₂和CO₂,可以有效降低发射成本.另外,扩散较慢且化学反应较快的物质,例如SF₆和Ni（CO）₄,能够使得电离层电子密度减少得更多,并且受扰动区域更广、持续时间更长.     

电离层H2O释放扰动效应的数值模拟研究

为充分研究化学物质在电离层释放的扰动效应和后期发展效果,基于化学物质在电离层的扩散模型、化学反应和电离层扩展F的控制模型,通过电离层H₂O的释放,研究电子e,H₂O,O+和H₂O+共4种粒子的分布状态,分析点源、多源和线源释放对电离层的扰动效果,比较不同高度、不同量和不同时间释放的影响结果,模拟夜间释放后期所激发的扩展F发展差异.结果表明,H₂O在电离层释放后,能有效耗散背景电子形成空洞,O+和H₂O+数密度呈椭圆形分布;点源、多源和运动目标线源等不同释放方式对电离层的扰动效果不同,证实了人工影响一定形态和区域电离层的可能性;H₂O释放扰动幅度,低层大于高层,白天强于夜晚,释放量越多扰动越突出;夜间化学释放能激发扩展F,并且释放量越多,激发效果越好.      

太赫兹火星大气临边探测仿真研究

对火星大气进行连续高分辨率观测是研究火星大气物理和化学过程的重要手段.太赫兹临边探测技术通过测量火星大气中的风和光化学循环中的重要气体（CO，O₃，H₂O，H₂O₂等）提高对火星的认知.针对火星大气遥感的探测需求，分析了300～1000GHz频段的频谱特征.针对探测卫星对于载荷质量、功耗等参数的要求，提出一个560GHz频段的火星大气太赫兹临边探测仪设计方案，并利用辐射传输模型ARTS中的行星工具箱进行仿真.仿真结果显示:火星大气温度的反演精度优于4K，其中45km高度以下优于2K；H₂O丰度的反演精度在90km以下优于50%，30km以下优于2%；H₂O₂的反演精度在40km以下优于50%；O₃的反演精度在50km以下优于60%；大气风速度的反演精度在65km以上优于5m·s-1，最高可以达到2m·s-1.研究结果表明，利用太赫兹波段的吸收谱线可以很好地探测火星大气中各成分的丰度、变化趋势以及中高层大气的风，可为后续火星表面及大气探测提供参考.      

泡沫铜/低熔点合金复合相变材料凝固放热分析

为研究泡沫铜/低熔点合金(LMPA)复合相变材料在间歇放热工作环境下恢复至初始状态的能力及不同孔隙率泡沫铜的添加对其凝固放热过程的影响，通过数值模拟对比分析了47合金、正二十三烷与泡沫铜复合前后的凝固放热过程，并调节泡沫铜/47合金复合材料孔隙率计算模拟芯片温度在凝固放热过程中温度随时间变化曲线。结果表明:泡沫铜的添加对2类材料凝固过程均有促进作用，模拟芯片恢复至目标温度所需时间分别被缩短6.6%和47.7%。因体积潜热值的差距，泡沫铜/47合金凝固时需放出更多热量，恢复至目标温度的时间较长，是正二十三烷复合相变材料的1.52倍。随着孔隙率的增大，复合相变材料恢复至室温状态所用时长变化不大，考虑到孔隙率对相变热控过程中的影响，实际使用时应综合考虑。      

泡沫铜作为填充材料的相变储热实验

对填充有泡沫铜的固-液相变储热装置进行了试验研究.采用纯度为98%的正21烷(C₂₁H₄₄)作为相变材料(PCM),通过抽真空灌注的方法将其灌注到泡沫铜内部,封装并作绝热处理后作为试验件.在进行储热试验时,用嵌入了加热棒的铝制底座模拟被散热件对试验件加热,利用探针式和贴片式铂电阻(pt100)测量试验件温度并通过数据采集仪进行采集.整理绘制了在不同加热功率下的温度时间曲线,讨论和分析了此装置的热性能,结果表明泡沫铜作为填充材料能明显改善相变储能装置的传热性能和内部温度均匀性.      

基于硬脂酸复合相变材料的被动热沉性能

固液相变储能材料的被动热沉广泛应用于航空航天及军事装备领域。针对高热流密度电子芯片的被动温控问题,对比实验验证了单温度和双温度2种数值模拟方法对基于泡沫铜/硬脂酸复合相变材料被动热沉控温过程模拟的准确性。结合基于Maxwell-Garnett模型的EMT建立了石墨烯纳米片/硬脂酸复合相变材料物性,采用更为精确的双温度数值模拟方法分析了不同导热强化方式的控温效果,并研究了环境温度对热沉控温效果的影响。结果表明:高热流密度下的相变温控过程采用双温度数值模拟更为精确;当导热增强体的体积组分相同时,提高泡沫金属的孔密度对相变温控效果提升有限,而同时采用泡沫金属与石墨烯纳米片能更有效改善相变控温效果;环境温度的剧烈变化对温控时间和控温温度均能产生影响。      

太赫兹大气临边探测仪遥感中高层大气风仿真

太赫兹大气临边探测仪（TALIS）是中国正在预研的第一台THz频段的临边探测仪，主要用于高精度、高分辨率的大气遥感测量.TALIS的观测目标主要包括大气温度、大气压强、大气成分（例如H₂O，O₃，HCl，ClO，N₂O，HNO₃等）的垂直分布以及长期变化趋势.由于TALIS的频段覆盖了许多重要的吸收谱线，其观测数据中包含大气风的多普勒信息，因此可以用于反演中高层风的廓线.本文针对TALIS视线多普勒风的观测进行仿真，利用辐射传输模型（ARTS）评估了TALIS测风的潜力和相应的反演精度.结果表明，TALIS的118GHz谱仪具有较好的测量精度，在70km处的精度为12m·s-1.183GHz，633GHz和658GHz谱仪也有一定的测量信息，反演精度分别为19m·s-1（60km），19m·s-1（50km），16m·s-1（50km）.TALIS有一个候选的测风谱仪位于655GHz频段，其在55km处的反演精度为11m·s-1.此外，虽然降低谱分辨率能有效提高系统灵敏度，但并不能提高反演精度，需要通过降低系统噪声来提高测风的精度.      

蒸气在铜表面冷凝的可视化实验

通过建立蒸气冷凝过程的可视化实验装置,在地面重力条件下对蒸气在铜表面的冷凝情况进行实验.采用高速摄像仪对蒸气在铜表面上发生的冷凝过程进行观测,并对比分析了H₂O,R141b以及FC-72蒸气的冷凝情况.研究发现水蒸气在冷凝过程中一些大液滴在合并周围小液滴后会发生回弹现象,从而清理掉周边区域的小液滴.随着冷凝的进行,被清理掉小液滴的区域又会重新生成小液滴.这种回弹现象相当于延长了滴状冷凝的时间,从而起到强化冷凝换热效果.R141b及FC-72在光滑铜表面上均未发生滴状冷凝.在加大过冷度后,冷凝器内残留的空气还会在冷凝液膜上冷凝成小水滴,产生滴膜共存现象.水蒸气在铜表面冷凝过程中,滴状冷凝转换成膜状冷凝后热流量降低约20%,因此需要对铜表面进行改性处理,降低其表面能,从而强化冷凝换热.      

密闭空间内氢气和二氧化碳甲醇化系统的非均相模型及反应特性

在载人密闭空间内通过电解水方式为乘员供氧会产生副产物氢气（H₂）。此外,乘员还呼出二氧化碳（CO₂）。将H₂和CO₂催化合成甲醇（CH₃OH）是消除载人密闭空间内富余H₂和CO₂的最优方式之一。对其开展反应过程建模及反应特性研究有助于进行反应过程的控制,更好地维持载人密闭空间内的大气平衡。本文采用微元法建立了H₂和CO₂催化合成甲醇的物料计算模型和温度一维非均相模型,研究了不同反应压力、冷却介质温度以及入口反应气体中CO₂与CO比值等反应条件下的反应特性变化规律。结果显示,反应压力的增加、冷却介质的温升以及入口气体中CO₂与CO比值的减小均能促进各反应速率增加,进而使得H₂和CO₂消除量增加、甲醇合成率上升以及催化剂和反应气体最高温度上升。在保证反应速率增加且催化剂最高温度不超过合理反应温度区间的最大值573.15 K时需维持反应压力不大于8 MPa,冷却介质温度不高于538.15 K以及CO₂与CO比值不小于1。      

微重力条件下泡沫复合相变材料蓄热装置数值仿真

相变材料由于相变过程中吸收或者释放大量能量且过程近似等温这一特性而有巨大的应用潜力,将相变材料蓄热装置应用于航天器是维持航天器内各个单元工作温度的一种有效方法.提出一种基于正二十烷的相变蓄热结构方案,分别填充泡沫铜与泡沫碳作为基体材料来强化相变材料的传热性能.通过对该模型进行数值仿真计算,得到相变蓄热装置温度、固液相界面位置随时间的变化等有效数据,分析泡沫相变蓄热材料在微重力条件下相变界面的演变过程.结果显示,得益于其较高的导热系数,泡沫复合相变材料可将热源热量有效分散到其他区域,减缓热源面温度上升速度,并且降低重力变化对传热的影响.所得数据结果为泡沫复合相变材料的工程应用提供了科学依据.      

Radiation stability of organic matter in liquid and frozen H2O, NH3 and water-ammonia mixtures

The redox properties of irradiated liquid and frozen H₂O, NH₃ and H₂O/NH₃ mixtures at 298 K and 77 K, resp., towards some simple organic molecules have been checked by injecting carrierfree ¹¹C atoms and analyzing their chemical state by means of radiochromatography. The reactions and the stability of organic products versus radiation dose (in this study by MeV protons) depend on temperature, phase state, mobility of radicals, their concentration and reactivity. Especially dangerous are the reactive OH and O₂H radicals which oxidize organic material to inorganic CO₂. Highest stability has been found at low temperatures (solid state, reduced mobility of radicals) and for systems containing H-donors (H₂O/NH₃ mixtures), which reduce the concentration of oxidizing radicals. The fact that many bodies in space consist of H₂O-ice with NH₃ and CH₄ additives at temperatures between 10 and 150 K is promising in view of the survival of organic matter under high doses of radiation.     

Near infrared observations of comet Halley from Vega 2

Spatial distribution of the continuum radiation in the range of 0.95–1.9 μm presumes total dust production rate of the comet of 10ρ tonne s⁻¹ (ρ is the dust material density) and its angular distribution proportional cos . Observations of the water vapor band at 1.38 μ m reveal strong jets, their time shift from the dust jet measured in situ is consistent with gas velocity of 0.82±0.1 km s⁻¹ and dust velocity of 0.55±0.08 km s⁻¹. The OH vibrational-rotational bands observed are excided directly via photolysis of water vapor. Water vapor production rate deduced from the H₂O band and OH band intensities is 8×10²⁹ s⁻¹. Intensity of the CN(0,0) band result in the CN column density of 9×10¹² cm⁻², i.e. larger by a factor of 3 than given by the violet band.     

The 2.5 to 5 microns spectrum of comet Halley from the IKS instrument of Vega

Results of the 2.5–5 micron spectroscopic channel of the IKS instrument on Vega are reported and the data reduction process is described. H₂O and CO₂ molecules have been detected with production rates of 10³⁰ s⁻¹ and 1.5 10²⁸ s⁻¹ respectively. Emission features between 3.3 and 3.7 microns are tentatively attributed to CH - bearing compounds - CO is marginally detected with a mixing ratio CO/H₂O 0.2. OH emission and H₂O - ice absorption might also be present in the spectra.     

一种空间相变换热器热设计与仿真分析及其改进

基于相变计算方法即焓法处理相变材料凝固/融化模型,对一个以水为主动冷却介质,内填充石蜡类相变蓄热材料的板式相变换热器的换热进行数值模拟.得到了不同重力条件下冷却面的温度分布,相变材料在融化过程中的动态温度场分布、相变界面分布、融化时间等结果,验证了该相变换热器的可行性.对比该相变换热器在重力与微重力不同条件下的性能差异,利用添加强化传热肋片与泡沫复合相变材料方法,提高了微重力条件下该类相变换热器的效率,可为空间相变蓄热装置的设计及实验研究提供重要参考.      

Remote infrared observations of parent volatiles in comets: A window on the early solar system

Organic volatiles and water in Oort Cloud comets were investigated at infrared wavelengths. The detected species include H₂O, CO, CH₃OH, CH₄, C₂H₂, C₂H₆, OCS, HCN, NH₃, and H₂CO. Several daughter fragments (CN, OH, NH₂, etc.) are also measured, and OH prompt emission provides a proxy for water. Long-slit spectra are taken at high spectral dispersion and high spatial resolution, eliminating several sources of systematic error. The resulting parent volatile production rates are highly robust, permitting a sensitive search for compositional diversity among comets. Here, seven OC comets are compared. Six (including Halley) exhibit similar compositions (excepting CO and CH₄). Their low formation temperatures (30 K) suggest this group probably formed beyond 30 AU from the young sun. However, C/1999 S4 is severely depleted in hypervolatiles and also in methanol, and it likely formed near 5–10 AU. C/2001 A2 is discussed briefly to illustrate future prospects.     

H2O对空间站5A分子筛CO2去除性能影响

为进一步研究分子筛CO2去除系统应用于空间站的工作可靠性和鲁棒性,针对空间站4床分子筛(4-BMS)系统中可能出现的湿度失效保护问题展开了实验研究.测试了两种载人航天分子筛材料TC-5A与PSA-5A,研究了不同相对湿度对CO2吸附性能的影响;比较了相同湿度条件下,进口气体CO2浓度、粒径及吸附温度的变化对分子筛吸附CO2性能的影响,采用不同实验方法探究了H2O和CO2在两种分子筛材料中的竞争吸附关系.结果表明:PSA-5A吸附CO2性能优于TC-5A,但对H2O的吸附率略低于TC-5A.H2O的存在对分子筛吸附CO2影响非常大,空气中相对湿度达到60%时,分子筛基本失去了吸附CO2的能力.此外,温度升高会造成CO2的吸附量显著下降,但对H2O的吸附量影响相对较小,尤其是当相对湿度较高时.这对中国未来长期运行的空间站分子筛CO2去除系统工作有效性与工作鲁棒性的评价具有指导意义.     

Hot atoms in cosmic chemistry

High energy chemical reactions and atom molecule interactions might be important for cosmic chemistry with respect to the accelerated species in solar wind, cosmic rays, colliding gas and dust clouds and secondary knock-on particles in solids. “Hot” atoms with energies ranging from a few eV to some MeV can be generated via nuclear reactions and consequent recoil processes. The chemical fate of the radioactive atoms can be followed by radiochemical methods (radio GC or HPLC). Hot atom chemistry may serve for laboratory simulation of the reactions of energetic species with gaseous or solid interstellar matter. Due to the effective measurement of 10⁸–10¹⁰ atoms only it covers a low to medium dose regime and may add to the studies of ion implantation which due to the optical methods applied are necessarily in the high dose regime.

Experimental results are given for the systems: C/H₂O (gas), C/H₂O (solid, 77 K), N/CH₄ (solid, 77K) and C/NH₃ (solid, 77 K). Nuclear reactions used for the generation of 2 to 3 MeV atoms are: ¹⁴N(p, ) ¹¹C, ¹⁶O(p, pn) ¹¹C and ¹²C(d,n) ¹³N with 8 to 45 MeV protons or deuterons from a cyclotron. Typical reactions products are: CO, CO₂, CH₄, CH₂O, CH₃OH, HCOOH, NH₃, CH₃NH₂, cyanamide, formamidine, guanidine etc. Products of hot reactions in solids are more complex than in corresponding gaseous systems, which underlines the importance of solid state reactions for the build-up of precursors for biomolecules in space. As one of the major mechanisms for product formation, the simultaneous or fast consecutive reactions of a hot carbon with two target molecules (reaction complex) is discussed.