Effect of moderate geomagnetic storms on equatorial plasma bubbles over eastern Africa in the year 2012: Evolution and electrodynamics

Equatorial plasma bubbles (EPBs) are common features of the equatorial and low-latitude ionosphere and are known to cause radio wave scintillation which leads to the degradation of communication and navigation systems. Although these structures have been studied for decades, a full understanding of their evolution and dynamics remains important for space weather mitigation purposes. In this study, we present cases of EPBs occurrences around April and July 2012 geomagnetic storm periods over the African equatorial sector. The EPBs were observed from the Communications/Navigation Outage Forecasting System (C/NOFS) and generally correlated well to the ionospheric irregularities observed from the Global Positioning System total electron content (GPS-TEC) measurements (rate of TEC change, ROT). This study revealed that the evolution of the EPBs during moderate storms is controlled by the strength of the daytime equatorial electrojet (EEJ) currents regardless of the strength of the equatorial ionization anomaly (EIA), the latter is observed during the July storm case in particular. These effects were more evident during the main and part of the early recovery phases of the geomagnetic storm days considered. However, the evening hours TEC gradients between regions of the magnetic equator and ionization crests also played roles in the existence of ionospheric irregularities.     

天基轻气炮发射清除低轨碎片方案及关键技术分析

文章分析了现有的空间碎片清除方式,并以800~1200 km低地球轨道高度上1~10 cm量级的空间碎片为清除目标,提出了天基轻气炮清除碎片的新方法。首先分析了轻气炮有效载荷在典型参数下的弹丸加速能力;之后根据将碎片降轨使其坠入大气层烧毁的设想,提出天基轻气炮共面清除碎片的方式,并选择轨道高度800 km的圆轨道作为碎片运行轨道进行可行性分析。计算表明,对半径10 cm、厚度1 cm的铝合金圆板碎片(质量211.95 g),使用初速1 km/s、重10 g的黏性弹丸可按任务方案达到清除效果。此外,计算出该参数弹丸对轨道高度800~1200 km的圆轨道上可清除的最大碎片质量为500~825 g,证明轻气炮弹丸对1~10 cm的碎片具有较强的清除能力。最后,分析了以轻气炮为有效载荷的航天器在完成清除碎片任务时的关键技术。     

多种工质下螺旋波等离子体源波场结构数值模拟

针对螺旋波等离子体放电机理，开展了多种工质条件下的螺旋波放电等离子体内波场结构数值模拟研究。计算发现:氦气等离子体的Er分量在径向边界处的峰值更为突出，有利于等离子体在径向的输运，波电场径向分量决定了电流密度径向分量在内部的表现。在0.266 Pa和1.064 Pa两种气体压强条件下，通过波场结构验证了气压对于波阻尼影响的结论。波场结构是螺旋波在等离子体内传播以及能量沉积的微观体现，研究螺旋波波场结构是揭示其高电离效率的重要途径。初步探索了功率耦合机制，为实验系统优化及实验方案设定奠定理论基础。     

RPC-MAG The Fluxgate Magnetometer in the ROSETTA Plasma Consortium

The fluxgate magnetometer experiment onboard the ROSETTA spacecraft aims to measure the magnetic field in the interaction region of the solar wind plasma with comet 67P/Churyumov-Gerasimenko. It consists of a system of two ultra light (about 28 g each ) triaxial fluxgate magnetometer sensors, mounted on the 1.5 m long spacecraft boom. The measurement range of each sensor is ±16384 nT with quantization steps of 31 pT. The magnetometer sensors are operated with a time resolution of up to 0.05 s, corresponding to a bandwidth of 0–10 Hz. This performance of the RPC-MAG sensors allows detailed analyses of magnetic field variations in the cometary environment. RPC-MAG furthermore is designed to study possible remnant magnetic fields of the nucleus, measurements which will be done in close cooperation with the ROSETTA lander magnetometer experiment ROMAP.     

圆柱形Hall推力器磁场的设计与数值模拟

霍尔(Hall)推力器的磁场设计是提高其性能的关键技术之一。针对传统环形Hall推力器小型化带来的缺点,提出了圆柱形的Hall推力器。简要对比了环形和圆柱形两种推力器,对圆柱形推力器的工作原理、磁场设计的要求以及利用ANSYS有限元软件进行的电磁场数值模拟的结果进行了详细分析。结果表明,圆柱形推力器磁路设计是合理的,另外也证明了用ANSYS有限元软件进行电磁场模拟的可靠性。     

超声速边界层转捩拟序结构大涡模拟

针对超声速边界层转捩问题，以五阶迎风和六阶对称紧致格式数值求解三维可压缩滤波Navier-Stokes方程，对马赫数4．5，雷诺数10000的空间发展超声速平板边界层的谐波扰动转捩问题进行了大涡模拟。时间推进采用紧致存储三阶Runge-Kutta方法，亚格子尺度模型为修正Smagorinsky涡粘性模型。通过入口叠加一对线性最不稳定第一模态斜波扰动的方法，得到了从线性，弱非线性扰动增长、交替A涡结构出现到演化为发卡涡的转捩过程；针对剪切层结构等现象，给出了该转捩拟序运动的详细讨论。比较显示，转捩结构及摩擦系数曲线等同理论分析吻合。     

0.1 kW微波等离子体推力器的试验与数值研究

主要对0.1 kW微波等离子体推力器进行了地面试验和数值模拟研究。试验研究分析了影响推力器效率的因素;数值研究通过采用SIMPLE方法求解了N-S方程和采用FDTD方法求解了M axwell方程,分析了影响谐振腔内等离子体参数的因素。结果表明,微波功率、工质种类和质量流率是影响谐振腔效率的主要因素,而等离子体参数则主要受微波功率的影响。     

LEO等离子体环境中HVSA的电弧放电研究

把高压太阳电池阵放入低地球轨道中就会发生电弧放电,造成航天器表面退化、电磁干扰、PN结破坏和其它负作用.文章在阐述电弧放电机理的基础上,介绍了在试验室模拟等离子体环境中进行的两次放电试验.其中一个试验使用的是太阳电池阵物理等效模拟试件,另一个则是真实的太阳电池阵样品.试验得出了两种样品在等离子体环境中的放电位置、放电阈值电压,并发现环境与太阳电池电压及放电率等相关参数的关系.比较两个试验可以看出,在相似的环境下,模拟试件的放电阈值比较大.文章最后对试验现象的发生原因进行了初步的分析.研究LEO等离子体环境与HVSA之间的相互作用,并采取相应的防护措施,是大型空间活动必须解决的关键技术之一.     

一种空间科学应用的新型超高速发射装置

文章介绍了一种新型超高速发射装置(HVL)。通过使用一种叫做“枕”的密度梯度变化的冲击器将飞片无损伤地加速到超高速。这个技术已用来将1mm厚的铝、镁、钛(克量级大小)的飞片发射到10.4km/s,将0.5mm厚的铝、钛(半克大小)飞片发射到12.2km/s。     

空间飞行体与等离子体在压缩区内的非稳态相互作用研究

研究了空间飞行体在运动过程中，其前端压缩区内飞行体与等离子体的、非稳态相互作用问题，得到了在强天线辐射源高频场作用下的控制方程．通过计算表明，飞行体上的天线可作为调制不稳定性的激发源，在等离子体中激发起很强的电磁孤波．