基于离子电推进系统的航天器有效载荷能力分析

为预估与提高航天器有效载荷能力,结合航天运输系统理论与离子推力器放电模型,对深空探测任务中以离子电推进系统为主要动力来源的航天器有效载荷能力进行了分析。通过理论推导,构建并揭示了有效载荷分数与深空探测任务参数和电推进系统性能参数的函数关系与潜在联系。结果表明:动力装置单位质量越小,航天器所能达到的最佳有效载荷分数越大;有效载荷分数的高低与离子引出份额、原初电子利用率参数的大小以及任务时间的长短呈正相关;当离子电推进系统可以达到更高的载荷比时,则需要更高的工质利用率作为支持。     

空间等离子体与垂直无碰撞激波相互作用的数值实验

应用混合模拟方法数值研究了高Ａｌｆｖｅｎ－Ｍａｃｈ数垂直无碰撞激波与等离子体间的相互作用。结果表明，激波上游的磁场非常稳定，粒子分布近似为Ｍａｘｗｅｌｌ分布。激波下游磁场存在不规则的湍动，质子分布有一个高能尾，且有些质子被激波反射。跟踪少量高速质子的计算结果表明，在ｔ＝４０Ωｉ＾－１时约有４０％的质子被激波反射，而７％质子可被加速，最大速度值可达到２０ＶＡ激波区的电场分布对质子的减速或加速起了主要     

小型化电子回旋谐振微波离子推进器研究

常规的电推进技术是针对大卫星应用而研制的，体积大、功耗高，不能满足小卫星飞速发展的实际需要。针对小卫星对电推进器的要求，提出了利用电子回旋谐振微波放电技术，采用微波同轴放电腔体的小型化离子推进器。由于同轴传输线不存在截止波长，放电腔体的直径选择非常灵活，可以适应小卫星的低供电能力和对体积重量的要求。实验样机的直径为50mm，在微波功率为30W，加速电压1．2kV，减速电压0．2kV的条件下，等离子体的电子密度达到了4．6×10^16／m^3，推进器的离子束流也达到6mA。实验样机的体积大大低于常规波导谐振腔微波离子推进器，实现了小型化，基本满足了小卫星对电推进器的体积重量要求。     

Charge exchange interactions on near-Earth proton radiation for orbit perturbation of high area-to-mass ratio objects

This novel concept expels neutral gas in the presence of geomagnetically-trapped protons in near-Earth orbit. The expelled neutral gas acts to induce charge exchange collisions with the geomagnetically-trapped protons and induce drag on objects which pass through it. The charge exchange collisions between the neutral gas and the geomagnetically-trapped protons create neutrals with similar kinetic energy that are not confined by the geomagnetic field. The charge exchange neutrals are able to collide with orbital objects and perturb their orbits. The delta-v applied by the charge exchange neutral flux is greatest on high area-to-mass objects. Numerical simulation shows charge exchange neutral impacts produce a delta-v on objects on the order of 3.8 x 10⁻¹¹ m/s at a distance of 1 km from the center of the expelled gas in a 1,000 km orbit. The impulse imparted by charge exchange neutral impacts is at least six orders of magnitude smaller than that provided by the induced drag caused by gas expulsion. The localized drag increase can force a majority of small objects into the orbit of the expelled gas cloud, even if that orbit is retrograde to the initial orbit of the objects. This new technique can be applied to the remediation of space debris.     

面向高安全数据分发服务的身份认证协议设计

为解决数据分发服务安全规范中身份认证与密钥协商协议存在共享密钥建立缺乏公平性、缺乏验证密钥一致性机制及会话过程缺乏完整性等安全问题,以协议为基础,设计一种新的高安全数据分发服务身份认证与密钥协商协议。新协议引入了ACK机制,并利用D－H密钥交换和非对称密码体制特点解决了原协议存在的安全问题,具备实用性和更高的安全性。     

基于薄膜热电堆的新型高温瞬态热流密度传感器的研制

目前针对国内薄膜瞬态热流传感器一致性较差、制备工艺不成熟等问题，提出了一种基于光刻工艺和离子束溅射镀膜工艺的制备方法，200对T型金属薄膜热电偶沉积在10mm×10mm的水冷块上，测量1μm的氧化铝热阻层温差，从而得到瞬态热流密度值。对新型高温瞬态热流密度传感器进行比对法标定，一致性误差为0.211%，即工艺的一致性约为99.79%。实验表明，研制的新型高温瞬态热流密度传感器的一致性好,制备工艺具备良好重复性和可移植性，能够满足高温瞬态热流检测需要，为热流传感器的推广应用及标准化、批量化生产提供了良好的技术支撑。     

质子交换膜燃料电池驱动直流电机转速性能的动态仿真模型

燃料电池具有能量转化效率高、低噪声、低排放、稳定可靠等优点,被认为是继蒸汽机和内燃机之后的第三代动力系统.燃料电池已经成为无人机、轻型飞机的主动力,并用于大型客机的辅助动力装置.本文设计了应用质子交换膜燃料电池直接驱动直流电机和螺旋桨的方案,并利用Matlab/Simulink构建了仿真模型,模拟燃料电池的动态输出特性以及电动机的转速特性.该模型可以为燃料电池飞行器的研发提供参考数据.     

应用单张像片解析法实现测绘图像实时定位

 针对某大地测绘系统,根据空中探测器实际位置和姿态确定测绘图像的 6个外方位元素,结合摄像机的 3个内方位元素和选中点在图像上的位置,应用单张像片解析法,可以求得图像上任意点的地面坐标,最后经过变换给出该点的经纬度,解决了测绘图像实时定位问题。     

考虑电荷交换的三维离子发动机栅极粒子模拟

为了对离子发动机光学系统进行数值分析，开发了考虑电荷交换的三维离子发动机栅极粒子模拟程序。模拟程序采用单元内粒子（PIC）方法，光学系统为双栅极结构，推进剂采用氙，总加速电压为1600V，栅极间距为1mm，粒子之间的电荷交换碰撞模型采用蒙特卡洛方法。采用链式存储结构存储粒子信息，可以实现数组式存储方法所不能实现的功能。使用粒子模拟程序对离子发动机光学系统进行了粒子模拟，模拟得到了栅极间的电场分布和氙离子空间分布。模拟结果表明，在所取工作参数下氙离子全部通过了栅极孔，未撞击到栅极上，验证了参数的合理性。     

Studies of anomalous potential drops due to ion density inhomogeneities

The dynamic response of a 1-dimensional plasma diode to an applied step voltage is studied during a few electron transit times by numerical simulations when the initial state has an ion density minimum (an ion density cavity). Depending on the cavity depth and the applied voltage the potential drop distributes over the cavity or concentrates in a cathode sheath. The transistion between the two states as well as the cavity potential profiles are predicted by an analytical model. Simulations with periodic cavities as initial state show that the applied voltage can be shared between the cavities. A double layer, steady on the ion time scale, is created by introducing a steady cavity by ion losses.