利用Langmuir探针诊断激波管高温高密度等离子体

利用Langmuir探针诊断等离子体参数的基本原理,对由激波管产生的高温等离子体进行了密度诊断,实时得到了较为完整的等离子体伏安特性曲线,并通过数据处理得到等离子体电子温度、电子密度参数等。比较了激波马赫数9Ms~24Ms范围内,Langmuir探针与离子探针收集法电子密度测量结果,二者的差异较小,且具有相同的变化趋势,因此验证了采用本实验装置诊断等离子体的可靠性和正确性,为高温高密度等离子体的研究提供一种有效的诊断手段。     

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。     

瞬态空气等离子体场的全息术研究

采用双波长双脉冲激光全息术,对有激波存在下的空气放电现象进行了研究。建立了双波长电弧折射率场方程,推导出冲击波区的压强同折射率之间的关系式,得出电弧场的压强分布.曲线及等离子体区的温度分布和电子、离子、原子、分子等粒子的数密度分布。     

低功率射频推力器启动特性研究及优化设计

针对微型射频离子推力器研制过程中击穿困难的问题,开展了低气压细管感应耦合等离子源(ICPs)的击穿特性实验研究.通过对放电腔室内等离子体击穿区域的研究,发现低气压细管ICPs击穿位置不在电场最强的天线区域,即天线的击穿区域与射频离子推力器稳定工作的等离子体维持区域不在同一区域,这造成了传统射频离子推力器结构下击穿点火的困难.通过改变放电腔室结构与天线位置研究击穿工况变化规律,发现延长放电腔室长度,适当增加天线匝数,调整天线与放电腔室相对位置都可以改善上述现象.     

脉冲等离子体推力器电磁加速机理数值研究

为了对脉冲等离子体电磁加速机理有清晰的认识,为后续推力器性能的优化和产品的小型化提供理论基础,需要对脉冲等离子体推力器的特性进行数值研究。利用包含电容、电感、平行板电极、等离子体的一维集成电路模型,开展了脉冲等离子体推力器的数值模拟研究。通过改变初始放电电压和电极间距的大小,系统地研究了脉冲等离子体推力器的初始放电电压、电极间距对推力器电磁加速的影响。结果表明,在其他参数不变的情况下,推力器的推力、比冲、元冲量,以及等离子体的密度、温度随推力器初始放电电压的增加而增加;同样,增加电极间距也能够提高推力器的推力、比冲;然而,电极间的阻抗会随电极间距的增加而增加,导致推力器的点火难度也随之增加,因此脉冲等离子体的电极间距存在一个最优值。     

磁拓扑结构对环型离子推力器放电性能的影响

为得到环型离子推力器最佳磁拓扑结构以有效提高推力器放电效率、降低放电损耗,对不同类型磁拓扑结构下的放电通道气体放电过程进行研究。采用PIC MCC数值计算方法对等离子体产生及运输过程进行数值模拟,分析磁场分布对等离子体密度分布、电子损耗率及放电稳定性的影响,结合统计结果,得到推力器放电性能曲线,最后进行试验验证。研究结果表明,相较多极场结构,环尖场磁构型能更好地约束电子运动,大幅降低其在阳极壁面损耗率,增加电子与中性原子碰撞概率,显著提高放电效率、降低放电损耗。     

霍尔推力器分割高偏压电极等离子体放电特性

霍尔推力器通道等离子体与壁面有很强的相互作用,为了降低壁面腐蚀,提高在轨寿命, 针对推力器全通道放电过程建立二维物理模型,采用粒子模拟方法（Particle In Cell）,数值研究了电离区壁面分割高于阳极偏压的低发射石墨电极对推力器放电特性的影响,讨论了放电通道电势、离子数密度、电子温度、电离速率及比冲的变化规律。结果表明：在电离区不同位置分割高偏压电极对等离子体放电特性影响明显,电极位置在电离区前端时,电极偏压高于阳极电压60V时通道内放电等离子体参数几乎不变。而电极位置在电离区末端,电极偏压高于阳极电压18V时就会导致加速区轴向扩张,离子聚焦效果强,电子温度显著升高,电子与壁面相互作用减弱,羽流发散角减小。由此推力器比冲提升约12%,寿命延长,性能提高。     

霍尔推力器在轨羽流图像诊断方法

为便于霍尔推力器羽流在轨诊断测量,文章提出了一种基于光谱诊断衍生出来的图像诊断方法。首先对推力器羽流进行光学图像采集,然后提取出能够反映羽流不同谱段光强信息的红绿蓝三通道数据;同时结合相机成像原理分析,得到不同通道的像素点灰度值与羽流光谱强度的对应关系;并且基于光谱碰撞辐射模型,建立了羽流图像计算模型。研究结果表明,利用图像诊断方法计算得到的羽流区电子温度和离子密度分布规律均与探针试验结果相吻合,计算的相对不确定度分别约为20%和15%,说明了该诊断方法精度适中,具有较高的可靠性,适用于在轨诊断霍尔推力器羽流等离子体参数。     

在大面积柔性基底上制备空间应用薄膜研究

简明讨论了在大面积柔性高聚合物基底材料上制备空间应用薄膜的特点与要求,并对研制的大面积自动连续镀膜设备的结构与性能作了简介;比较深入地探讨了大面积柔性基底材料连续镀膜中对磁控靶和等离子体辉光放电场的要求与作用;介绍了柔性导电型第二表面镜的研制技术、性能与评价方法及结果。     

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.      

飞行器特性对雷达探测跟踪的影响

雷达目标特性、飞行特性是飞行器固有的重要特性,也是雷达对飞行器探测跟踪的主要特征量,通过原理理论与实际数据分析总结了飞行器目标特性和运动特性对雷达探测跟踪的影响,描述了飞行器特性与雷达探测跟踪性能间的特征与规律,可为飞行器设计与雷达工程技术人员提供参考。     

微阴极电弧推力器羽流探针诊断研究

微阴极电弧推力器（micro-cathode arc thruster,μCAT）具备功率低和结构简单的特点,能够满足微纳卫星的任务需求,具有良好的发展前景。μCAT羽流的诊断可以揭示推力器的加速机理,对提高其性能具有重要意义。利用朗缪尔三探针对μCAT羽流进行诊断,得到了μCAT羽流不同位置的电子温度、电子密度和离子速度等羽流特性,研究了外加磁场、充电时间和阴极材料对羽流特性的影响。研究结果表明,μCAT放电初期产生的等离子体电子温度较高,密度较大;随着等离子体向下游运动,电子温度和电子密度降低,离子速度增大;外加磁场的磁感应强度越强,电子温度和离子速度越高,电子密度有所降低;磁场位置适当向推力器下游平移,能够有效提高推力器中轴线的电子密度;μCAT充电时间越长,电子温度、电子密度和离子速度越大;相比于CuW和AgW阴极,Ti阴极羽流的电子温度更高,电子密度更低。     

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.      

Rocket observations of propagating waves in the night time equatorial F-region over Brazil

A Brazilian SONDA III rocket carrying plasma diagnostic experiments was launched from the Brazilian rocket launching stations in Alcântara (2.31°S, 44.4°W Geog. Lat.) to measure the height profiles of electron density, electron temperature and the ambient electric field. High frequency capacitance probe was used to measure the height profile of the electron density and the Langmuir probe was used to measure the electron density and the spatial structures of plasma irregularities. An electric field double probe was used to measure the electric field fluctuations associated with the F-region plasma irregularities. Spectral analysis of the fluctuations in electron density and electric field indicated the presence of propagating waves in the night time F-region over a large height range. The electron temperatures estimated from the LP data showed abnormally high values in the base of the F-region during the upleg of the rocket and practically normal values in the same height region during the downleg. A brief study of the characteristic features of the spectra of electron density and electric field fluctuations and the associated electron temperature variations are presented and discussed here.     

Beam-plasma discharge in near rocket region

The model of beam-plasma discharge near the rocket following electron beam injection into the ionosphere is presented. The dependence of discharge plasma density on neutral atmosphere concentration and beam parameters is found. Radioemission and luminiscence intensities from discharge are estimated. The model is consistent with the data of ARAKS and “Zarnitsa-2” experiments.     

余辉等离子体的实验研究

利用调制脉冲产生的余辉等离子体的参数测量表明:等离子体空间电位和电子温度的衰变是重要的,它在余辉等离子体的密度衰变过程研究中必须予以考虑.对容器中余辉等离子体密度径向分布的测量结果与理论预言是一致的.     

The glow of the night ionosphere due to energetic ion beams

This paper discusses photometric measurements made of the ionospheric excitation of the line $\text{λ = 5577}\text{A}\text{?}$ at the time of electron beam injection from a rocket into the Earth's ionosphere. The gradual increase of the glow intensity per impulse occurs due to accumulation of the energy of excited states of N₂(A³Σ⁺_u) and O(′S) during their lifetimes. The large disturbed zone in the near-rocket environment (size >500 m) is connected via the interaction of ions accelerated in the rocket potential field with ionospheric components. The glow intensity modulation is observed at a height of ～98 km during the electron beam injection simultaneously with the ignition of the beam-plasma discharge (BPD). The intensity minima are explained by a decrease of the energy of accelerated ions due to effective neutralization of the rocket body by the BPD plasma. The height profile of the glow intensity revealed two maxima at heights of ～103 km and ～115 km. The second maximum (at ～115 km) indicates that, at these heights, both collision and collision-free mechanisms of accelerated ion energy transport to ionospheric components exist.     

Identification of seismic activity sources on the subsatellite track by ionospheric plasma disturbances detected with the Sich-2 onboard probes

Using a cylindrical Langmuir probe and the authors’ proprietary two-channel pressure transducer, ionospheric plasma parameter distributions along the orbit of the Sich-2 satellite (Ukraine, 2011–2012) were measured. This paper is concerned with identifying the space–time location of ionospheric plasma disturbance sources, including the epicenters of actual earthquakes (before or during the satellite flyover) and incipient earthquakes on the subsatellite track, from the measured distributions of the electron density and temperature and the neutral particle temperature along the satellite orbit. To do this, the measured ionospheric plasma parameter distributions are connected to the coordinates on the subsatellite track.It is shown that local disturbances in the electron density and temperature and neutral particle temperature distributions in the satellite orbit in the ionosphere may serve as indicators of seismic activity on the subsatellite track. The epicenters of incipient earthquakes may be set off from other plasma parameter disturbance sources associated with seismic activity using information provided by special monitoring and survey centers that monitor the current seismic situation.     

ECR中和器改进试验研究

目前国内电子回旋共振(ECR)中和器的研究存在电子束流不能连续引出的问题,为此通过改进中和器天线结构及优化电子引出孔径来改善中和器的性能。试验结果表明：中和器结构改进及优化后其电子束流可以随着接触电压的升高而连续变化,同时提高了中和器的推进剂利用效率、降低了电子产生损耗。推进剂利用效率和电子产生损耗在中和器结构改进前后分别为1.278 9和194.573 W/A,1.659 8和126.3 W/A。试验还通过静电探针诊断出中和器耦合天线附近等离子体密度分布在1.72×10¹⁷~12.1×10¹⁷ m^-3范围内。