主带小行星采样返回任务中的离子电推进应用方案

由于离子电推进的高比冲特性,采用它执行小行星探测器巡航阶段轨道机动任务时,将使探测器在同样的有效载荷下的发射重量大大减轻。针对我国规划中的主带小行星采样返回任务,调研了国外离子电推进在深空探测任务中的应用情况,在借鉴国外成功经验和任务需求分析的基础上,设计了主带小行星探测器离子电推进系统方案和应用策略,计算了在目前离子推力器寿命水平下,既定探测任务对离子电推进推力、比冲、推进剂量以及功耗需求。研究表明,目前研制的离子推力器可以满足规划中的主带小行星探测任务需求。研究成果对探测器的方案设计有参考价值。     

5 kW环型离子推力器试验研究

针对未来深空探测任务对高功率电推力器的需求,兰州空间技术物理研究所开展了5 k W环型离子推力器的研制。环型离子推力器放电室设计与传统离子推力器有很大不同,面临着放电不稳定、不均匀、放电损耗过大等潜在的技术风险。在原理样机完成设计、制造工作后,开展了试验研究工作,通过性能摸底试验对推力器电气参数变化规律进行研究并找到最佳的工作点,通过等离子体诊断试验对放电室内等离子体密度和电子温度分布情况进行研究。试验结果表明:环型放电室在很宽的放电电流范围内都有很高的稳定性,在单阴极偏置的情况下推力器束流仍然具有较好的均匀性,初步验证了环型离子推力器概念的可行性,为下一步优化设计打下了技术基础。     

小行星探测电推进系统方案研究

小行星探测以及资源开发与利用对国家抢占深空探测主动权和制高点有着不可估量的战略意义。电推进具有高比冲、长寿命和高度自主巡航等特点,小行星探测器采用电推进执行巡航阶段轨道机动任务,将大幅减少推进剂重量和提高载重比。调研了国外小行星探测的电推进系统方案,针对我国小行星探测对电推进系统的任务需求及现有电推力器的技术基础,提出了5种电推进系统方案,并进行多维度对比,对最优方案进行了设计和关键技术梳理。     

10 cm考夫曼型离子推力器放电室关键参数优化

放电室构型设计是离子推力器结构设计的基础与核心，直接影响到放电室工作能效及整机工作寿命。针对新型航天器在轨飞行任务对大推力、长寿命连续变推力离子推力器的应用需求，探究了影响10 cm离子推力器整机效能的放电室关键参数因子，揭示了发散场放电室的磁场发散度、电子通道面积及阴极位置等敏感参数对放电室性能的影响作用关系。开展了10 cm离子推力器放电室参数构型的优化与验证。结果表明：在不改变整机结构的情况下，通过优化放电室关键参数，10 cm离子推力器最大输出推力由20 mN提升至25 mN，提升近25%，推力调节范围由1～20 mN扩展至1～25 mN，全范围内推力分辨率均优于50μN，且推力器在20 mN最佳工作点的阳极电压由43.5 V降至38.4 V，放电损耗由345 W/A降至308 W/A，预估整机寿命将由15 000 h提升至17 500 h。研究为推动10 cm离子推力器的在轨扩展应用提供了一定的技术支撑。     

小行星探测科学目标进展与展望

由于较好地保留了太阳系早期形成和演化历史的遗迹,小行星,尤其是近地小行星,已成为国际深空探测领域的研究热点。介绍了小行星的定义、分类和主要探测方式,指出目前小行星探测已进入空间探测的新时代;总结了国际小行星探测的现状,包括已实施和正在实施的小行星探测任务的科学目标、科学载荷配置,以及获取的主要科学数据等;探讨了未来小行星探测的发展趋势和主要科学问题,并对我国未来自主小行星探测任务科学目标的制定进行了展望。     

载人小行星探测的总体方案设想

载人探测近地小行星的工程规模和技术难度介于载人探月和载人火星探测之间,是人类开展载人火星探测和飞向更遥远深空的跳板,对于航天技术的发展和科学问题的探索有着极其重要的意义。在调研国外载人小行星探测方案设想的基础上,结合我国航天技术现状和发展趋势,提出了一种载人小行星探测的总体方案设想,并梳理了载人小行星探测的关键技术。研究成果可以作为我国载人小行星探测任务论证和设计的有益参考。     

我国载人小行星探测任务规划

小行星是太阳系形成时残留下来的初始物质,保存了太阳系形成时大量的珍贵信息,近地小行星还存在撞击地球的威胁,因此,小行星探测越来越引起人们的关注。迄今为止,人类已发射了10个以小天体为主要探测对象的无人深空探测器,其中有7个探访过小行星。2010年4月15日,奥巴马宣布美国最早将于2025年实施近地小行星的载人探测。     

近地小行星观测技术分析

数量庞大的近地小行星对地球安全构成了重大潜在威胁,受现阶段小天体观测技术水平限制,仍有大量危险性小行星尚未发现。瞄准我国近地小行星空间观测技术发展需求,通过综合分析国内外近地小行星观测现状及相关技术水平,并结合天/地基小行星观测平台能力对比,从我国近地小天体观测技术基础出发,提出了我国空间红外小行星观测技术方案。采用可见–红外融合探测的技术方案开展小行星搜寻与光谱详察,并通过空间小行星观测平台与地面观测装备网络协同观测,为推动形成我国天体一体化小行星观测体系奠定基础;同时通过对多种小行星撞击地球的防御策略以及小行星利用价值综合分析,为我国开展近地小行星观测、预警、防御等任务提出了初步建议。     

无中和器射频离子推力器原理研究

在电推力器的广泛应用中,大部分都采用加速正离子的方式产生推力,且需要安装中和器发射电子对喷射出的正离子进行中和,否则会导致航天器自充电,对其通信及电子器件造成损害。因此,中和器的性能成为制约电推力器工作状态和寿命的重要因素。为了克服该缺点,介绍了一种基于同时加速正、负离子的无中和器射频离子推力器,阐述了其结构组成及推进原理,分析了离子-离子的产生、正负离子的加速过程,指出了关键技术包括电负性工质气体放电特性、磁场过滤电子束缚效能,以及可周期性交替加速正、负离子的栅极偏置电压加载方式。分析表明,该推力器在低轨航天器及深空探测器中具有潜在的应用前景。     

美国新一代重型运载火箭发展分析

2011年9月14日,美国航空航天局(NASA)正式对外公布了美国新一代重型运载火箭(HLLV)—"航天发射系统"(SLS)的设计方案,标志着美国新一代载人深空运输系统的研发进入了新阶段。"航天发射系统"的研制采取了一种渐进式发展模式,其初始方案的近地轨道(LEO)运载能力为70t,改进后将达到130t,可用于向近地轨道及更远的空间发射"多用途乘员飞行器"(MPCV)和大型有效载荷,以满足载人登陆小行星、载人进入火星轨道等深空探测的任务需求,还可作为"国际空间站"商业乘员运输系统的备份运输工具。2012年3月19日,美国航空航天局发布公告,为"航天发射系统"寻求先进的发展建议。     

射频离子推力器研究进展

射频离子推力器由于高比冲、长寿命、高效率等优点在电推进领域中占有重要地位.为了进一步缩减推进系统的质量和体积，降低成本，一些新型射频离子推力器相继出现，其中无中和器射频离子推力器备受关注.对传统射频离子推力器的国内外研究及发展现状进行了总结，分析了射频离子推进技术中涉及的关键技术，概述了无中和器射频离子推力器的原理及研究进展，给出了射频离子推力器的发展方向和建议.     

四极－十六极分区式线型阱中汞离子囚禁仿真研究

利用SIMION软件建立了四极-十六极分区式线型离子阱系统模型，在此基础上仿真模拟了汞离子在四极阱和十六极阱中被囚禁时的第一稳定区，并分析了离子在不同阱中的运动特性。研究了汞离子云在分区式阱中的囚禁体积和速度分布，以及在不同囚禁区域之间的穿梭过程。模拟得出了稳态情况下分区式阱中不同囚禁区域的粒子数密度分布，验证了分区式离子阱中离子云被连续囚禁、穿梭时粒子数衰减和补偿。同时，根据以上数据分析讨论了汞离子囚禁时的多普勒效应，估算了基于此分区式离子阱的汞离子微波钟的性能水平。     

碘工质射频离子推力器栅极系统束流特性仿真

为分析碘工质射频离子推力器束流特性,应用粒子云网格算法（PIC）,对碘工质射频离子推力器栅极系统进行三维数值仿真。碘工质电离产物中除了大量存在的I⁺,还包含少量I₂⁺、I²⁺、I³⁺几种多价离子。对添加多价离子前后束流特性的仿真结果进行对比,得出该栅极系统离子空间分布、电势分布、离子相空间分布以及束流、束流发散角,并对变密度工况下束流大小进行统计。计算结果表明,程序能较好地模拟离子在栅极系统中的运动情况：添加多价离子后,等离子体悬浮电势有所上升,鞍点电势有所下降,但整体电势分布的变化幅度较小;添加多价离子后束流大小略有增加,束流发散角略有减小,通过理论分析可知仿真所得理论推力及理论比冲均有小幅度增加;放电室等离子体数密度增加到约2.4×10¹⁷m^-3时,该栅极系统达到了束流引出的极限,后续增大等离子体密度引出束流不增反降。模拟结果可以为碘工质射频离子推力器栅极系统的设计提供参考。     

磁层中重离子O＋通量密度分布的理论研究

应用求解得到的分布函数，研究了北半球子午面内极光带区起源的重离子Ｏ＋在磁层中的通量密度定态分布及其特性．结果表明：（１）重离子Ｏ＋通量密度分布沿ＧＳＭＺ轴方向呈峰状结构，其峰值随地心距离增大而减小，在近地空间减小较快；（２）磁扰动时，Ｏ＋离子占据的空间范围较磁宁静时大，通量峰较不突出；（３）理论估算的磁尾等离子体片边界层附近重离子Ｏ＋通量密度与观测结果相一致．     

Small amplitude ion acoustic solitons in a weakly magnetized plasma with anisotropic ion pressure and kappa distributed electrons

The Zakharov–Kuznetzov (ZK) equation is derived for nonlinear electrostatic waves in a weakly magnetized plasma in the presence of anisotropic ion pressure and superthermal electrons. The anisotropic ion pressure is defined using Chew–Goldberger–Low (CGL) while a generalized Lorentzian (kappa) distribution is assumed for the non-thermal electrons. The standard reductive perturbation method (RPM) is employed to derive the two dimensional ZK equation for the dynamics of obliquely propagating low frequency ion acoustic wave. The influence of spectral index (kappa) of non-thermal electron on the soliton is discussed in the presence of anisotropic ion pressure in plasmas. It is found that ion pressure anisotropy and superthermality of electrons affect both the width and amplitude of the solitary waves. On the other hand the magnetic field is found to alter the dispersive property of the plasma only, and hence the width of the solitons is affected while the amplitude of the solitary waves is independent of external magnetic field. The numerical results are also presented for illustrations.     

Field emission characteristics of gold dust grains

The space plasma environment usually contains charged dust grains. The grain charge is an important parameter determining its migration through the space, coagulation, formation of dust clouds and so on. The knowledge of its charge is thus one of the basic information we want to know. There are several emission processes leading to both positive and negative charges, among others photoemission, all kinds of secondary emissions, field emissions, etc. The present study is focused on a laboratory simulation of emissions caused by impacts by energetic ions. Our experiment is based on the Paul trap which gives us an opportunity to catch a single dust grain for several days inside the vacuum vessel and exposed it by electron/ion beams. This experimental approach allows us to separate an individual charging process. We have chosen spherically shaped gold grains and discussed the processes leading to the limitation of the grain charge. We suggested that the implantation of charging ions leads to deformations of the grain surface. The deformations enhance the local electric field strength that becomes sufficient for the field ionization.     

大孔阴离子交换树脂的制备和性质

离子交换法是从矿浆中提取金属的主要方法之一.介绍了一种用于从真实氰化矿浆中提取金的带有两种弱碱官能团的新型大孔阴离子交换树脂的合成方法,并研究了交联度和胺化反应条件对树脂提金性能的影响.树脂对金的交换容量为16mg/g干树脂,树脂对金的选择性为1.1.与苏联制造的提金树脂相比,新型大孔阴离子交换树脂具有好的性能和良好应用前景.      

用~（11）B（p，α_0）~8Be核反应分析B~＋离子注入铜合金中的浓度分布

采用１１Ｂ（ｐ，α０）８Ｂｅ核反应分析了Ｂ＋注入锡青铜样品中的纵向浓度分布．该分布具有较宽的高浓度峰，表明样品表面可形成优良的改性层．讨论了提高核反应分析法深度分辨率的主要因素，指出减小入射质子束的能量分散度、提高探测系统的能量分辨率及增大Ｂ＋的能损因子，是提高深度分辨率的主要途径．     

Statistical analysis of the ionospheric ion density recorded by DEMETER in the epicenter areas of earthquakes as well as in their magnetically conjugate point areas

Results of a statistical variation of total ion density observed in the vicinity of epicenters as well as around magnetically conjugated points of earthquakes are presented in this paper. Two data sets are used: the ion density measured by DEMETER during about 6.5?years and the list of strong earthquakes (M_W?≥?4.8) occurring globally during this period (14,764 earthquakes in total). First of all, ionospheric perturbations with 23–120?s observation time corresponding to spatial scales of 160–840?km are automatically detected by a software (64,287 anomalies in total). Second, it is checked if a perturbation could be associated either with the epicenter of an earthquake or with its magnetically conjugated point (distance?<?1500?km and time?<?15?days before the earthquake). The index Kp?<?3 is also considered in order to reduce the effect of the geomagnetic activity on the ionosphere during this period. The results show that it is possible to detect variations of the ionospheric parameters above the epicenter areas as well as above their conjugated points. About one third of the earthquakes are detected with ionospheric influence on both sides of the Earth. There is a trend showing that the perturbation length increases as the magnitude of the detected EQs but it is more obvious for large magnitude. The probability that a perturbation appears is higher on the day of the earthquake and then gradually decreases when the time before the earthquake increases. The spatial distribution of perturbations shows that the probability of perturbations appearing southeast of the epicenter before an earthquake is a little bit higher and that there is an obvious trend because perturbations appear west of the conjugated point of an earthquake.