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.      

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。     

用发射探针确定等离子体空间电位的实验研究

实验研究了空间电荷对发射探针确定等离子体空间电位的影响,探讨确定等离子体空间电位的可靠方法。结果表明,发射探针之统发射电流趋于零之点更接近于等离子体的空间电位。      

银纳米结构的电化学制备及表面增强拉曼效应

利用电化学沉积的方法在氧化铟锡(ITO,Indium Tin Oxide)导电玻璃表面成功地制备出了形貌均一的银纳米结构.所制备银纳米结构的形貌和密度与前驱体AgNO₃的浓度、沉晶种电位、生长电位以及柠檬酸钠的加入均有着重要的关系,只有合理地设置这些参数才能制得形貌和密度均较为理想的银纳米粒子.此外以对巯基苯胺(p-ATP,p-aminothiophenol)为探针分子,在633 nm的激光激发下对银纳米结构进行了表面增强拉曼效应(SERS,Surface Enhanced Raman Scattering)的研究,结果表明其在SERS领域有着潜在的应用价值.     

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.      

基于BP神经网络的介质表面充电电位反演方法

为了实现全面、实时的在轨卫星充放电风险分析,基于在相同环境下,不同材料表面充电的关联性,利用BP神经网络建立了一种由Kapton材料表面充电电位反演卫星其他常用介质材料表面电位的模型。以Kapton材料的表面电位以及材料厚度为输入,其他介质材料的表面电位作为模型输出,使用COMSOL建立的表面充电模型对神经网络进行训练,将反演误差降低到10%以下,并利用Kapton与Teflon材料表面充电地面试验数据验证反演模型的准确性,结果显示Teflon表面电位的反演值与实测值间的相对误差小于16%。     

电子束撞击介质表面引发的带电现象分析

现有关于介质微波部件微放电的相关研究多从谐振条件及出射电子产额方面出发分析微放电发生原因及其抑制方法,而很少分析航天器表面电位对于微放电发生的影响。文章对碰撞电子与介质表面相互作用后二次电子发射特性进行综合分析;重点研究了不同介质表面初始电位情况下,恒定能量的电子束流持续轰击介质表面时介质表面电位及电子束流碰撞能量的变化趋势;并对稳定后的电子束流碰撞能量和介质表面电位进行了理论计算,计算结果表明系统平衡状态时的表面电位受初始电子能量及第二临界能量影响有明显改变。此外,文章探究了单一能量及连续能量入射介质表面时表面带电对于二次电子发射的影响,研究表明：带有电位φ的表面会使临界能量发生偏移量-eφ的相对偏移;对于连续能量的入射电子束,介质表面带电会很大程度上改变入射电子束的能量范围,从而影响微放电发生的风险。     

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.      

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.      

2024铝合金浸镍层的制备及生长过程

利用磷酸的全面腐蚀特性和氯离子的活化作用，设计了磷酸-氯化镍浸镍反应体系，通过表面电位监测及微观形貌表征对不同磷酸浓度与反应温度下的浸镍过程进行分析。结果表明:磷酸浓度是影响浸镍层表面电位及微观形貌的关键因素，当磷酸浓度为25%，反应温度为30℃时，可制得化学性质稳定、包覆性良好且晶粒尺寸均匀的浸镍层。在此反应体系下，浸镍层在形核后通过球状方式叠层生长，在反应进行600 s后得到厚度约1 μm的浸镍层，其表面电位可达到-0.51 V左右。      

防静电屏蔽包装袋测试方法研究

列举了目前市场上针对防静电屏蔽包装袋的表面电阻测试方法和静电感应峰值电压测试方法,并根据其各自的测试原理说明了其缺陷,对美标提出的静电放电感应能量法进行了详细的分析,其特点是使用接近实际环境的HBM模型,用不影响测量回路的电流探针取代电压探针,用200MHz带宽500MS/s采样率示波器覆盖更宽的频率范围减小误差,从能量的角度表述了静电屏蔽性能的优劣。     

程控感应分压器的研制

介绍了程控感应分压器的实现方法 ,解决了遇到的一系列问题 ,给出了校准方法 ,进行了误差分析 ,与传统感应分压器相比在技术上具有明显的优势     

齿轮测量中心测头数据采集系统

提出了齿轮测量中心电感测头的新型数据采集系统,包括以集成开关构成的新型相敏检波器和以单片机为核心的数据采集系统,可以应用于各种电感信号的处理,具有较强的通用性。     

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.      

Symmetric model of spacecraft charging and plasma emission effects

The electrostatic charging of satellites in space and the interactions with the plasma in the near surroundings are investigated by making use of symmetric models. In this case, the Vlasov-Poisson system describing the ambient plasma disturbances and the plasma emitted from the surface can be integrated self-consistently within a numerical iteration scheme, and the current balance yields the floating potential of the probe. The spacecraft charging and the potentials in its surroundings are investigated for the following plasma and emission conditions: (1) in the ionosphere in the case of very negative surface potentials, (2) in the solar wind with regard to the HELIOS mission and (3) in the near vicinity of the comet Halley, where a very strong plasma emission due to the impact of neutral gases onto the surface must be regarded. Finally, the importance of the shielding due to the ambient plasma is discussed.     

直齿锥齿轮的齿面苗率半径和速度分析

根据切齿原理和产形面与被切齿面间的关系推导出直齿锥齿轮的齿面曲率半径和综合曲率半径的表达式，并与当量齿轮法的求解结果进行了比较；在齿面坐标数值计算的基础上，分析了齿面上点的速度，为精确分析直齿锥齿轮的弹流工况及在弹流条件下的接触应力分布提供了依据．     

三坐标测量机上自由型曲面的精确测量

提出自适应扫描测量法和自由型曲面的单有序测量方法,用双三次参数Ｂ样条和最小二乘法建立测头中心轨迹曲面的数学描述,实现测头半径的三维补偿和被测曲面的生成重建。测量步长自动选择,测量过程简便,曲面生成准确度高,适用于三坐标测量机上自由曲面的快速、精确测量和重建。     

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.