紧凑型ECR等离子体原子氧束流源的研制

原子氧对低地球轨道航天器部件材料的侵蚀及其地面环境模拟日益受到国际航天界的重视.高速飞行的航天器与迎面的空间环境原子氧之间相互作用能量约为5eV,在此能量范围内,原子氧束流与材料表面相互作用的许多物理和化学问题尚待从实验上认真研究,因此必需建立地面环境模拟装置.本文根据电子回旋共振(ECR)原理,利用微波的同轴传输与耦合,采用永磁体构成轴向不对称磁镜场产生会切磁场,降低了常规设计的磁场强度,缩小了装置的尺寸,同时采用无电极放电,避免了重金属杂质导入等离子体,研制出紧凑型纯净原子氧中性束流源.该装置易与真空容器联接.联机运行结果表明该装置能够在10-1-10-3Pa的气压范围内稳定运行,通量密度达到3×1015atom/cm2@s,满足了原子氧环境地面模拟试验对装置小型化的要求.     

聚酰亚胺/无机氧化物复合薄膜的制备与耐原子氧性能

分别以锆酸四丁酯、钛酸四丁酯和正硅酸乙酯为氧化物前驱体,利用溶胶凝胶法制备了一系列聚酰亚胺/无机氧化物复合薄膜,在原子氧地面模拟设备中进行了原子氧暴露实验,原子氧累计通量约为3.1×10²⁰ atom/cm².分别考察了无机氧化物种类和含量对复合薄膜力学性能和耐原子氧性能的影响.结果表明,无机氧化物在聚酰亚胺基体中的分散形态对其力学性能影响很大;原子氧暴露后,聚酰亚胺薄膜表面分别形成了富锆、富钛和富硅的保护层,质量损失率减小,耐原子氧性能明显提高.     

杂化聚酰亚胺的制备及其耐原子氧剥蚀性能

低地球轨道环境中的原子氧会剥蚀航天器表面材料,影响其性能和寿命,因此在使用时需要选用合适的手段来进行原子氧防护。采用溶胶-凝胶法,利用正硅酸乙酯在树脂体系中的水解-缩合反应,在基体中原位生成无机相而获得杂化聚酰亚胺。在原子氧效应地面模拟设备中,对杂化聚酰亚胺试样开展了性能评估试验,总结了试验前后试样的质量、表面形貌和表面成分的变化特点,并分析了材料耐剥蚀性能与正硅酸乙酯添加量的关系、杂化材料的耐剥蚀机理。结果表明,杂化聚酰亚胺的耐原子氧性能优于原树脂,其原子氧试验质量损失仅为原树脂的31。6% ~14。8%。分析认为,溶胶-凝胶过程中在树脂基体中生成的有机含硅结构和无机SiO₂,以及原子氧作用下杂化材料表面生成的SiO₂保护层,是杂化材料耐原子氧剥蚀性能提高的原因。     

空间材料Kapton的真空紫外与 原子氧复合效应研究

对空间常用聚合物材料Kapton开展了真空紫外辐射及其与原子氧复合效应的地面模拟试验研究,总结了试验前后试样外观、质量、表面形貌、光学参数和表面成分的变化规律,并对反应机理作了初步的分析.结果表明:在原子氧的作用下,Kapton的剥蚀主要是碳氮等元素的氧化所致.而在真空紫外辐射的作用下,Kapton表面会交联形成大分子,从而提高了试样的抗原子氧剥蚀性能.但是,随着原子氧累积通量的增大,这层大分子会逐渐被剥蚀掉,而真空紫外辐射,对Kapton的原子氧效应试验结果没有影响.      

如何解决原子氧对空间站的剥蚀问题

预定在90年代中期发射的美国航宇局空间站,将在轨道上工作30年,这给工程师们提出了一系列特有的技术难题,其中最棘手的问题之一是如何克服原子氧对空间站的剥蚀。原子氧是分布在离地球200～500英里高处的氧粒子,它们是空间氧分子在太阳射线的作用下分解而成的,具有极强的剥蚀作用,一直危害着轨道上的卫星。原子氧在空间本来是比较稳定的,但它们在同运动速度为18000英里/小时的航天器相撞时,剥蚀作用便大大增强。     

航天器用新型聚酰亚胺薄膜性能研究

原子氧是低地球轨道环境中对航天器影响较为严重的因素之一. 为了提高聚酰亚胺薄膜抗原子氧侵蚀的性能, 依据结构与性能的关系, 设计合成了新型的聚酰亚胺薄膜. 采用这种新型聚酰亚胺薄膜制备了二次表面镜, 利用地面模拟设备对热控涂层进行原子氧暴露试验, 结果表明其具有优异的耐原子氧侵蚀性能. 此外, 真空elax-elax紫外、真空elax-elax质子、真空elax-elax电子辐照等空间环境模拟试验表明, 这种耐原子氧聚酰亚胺薄膜二次表面镜热控涂层具有良好的空间稳定性.      

微波电离型原子氧源的降能和中性化系统

在把微波电子回旋共振技术应用到离子源中,获得了１０＾１５个原子／（ｃｍ＾３．ｓ）束流的基础上,采用了结构新的降能和中性化系统,把高能氧离子转变为低能氧原子;成功地研制出了一种新颖的原子氧环境效应地面模拟试验装置。由该装置获得的粒子在能量和类型方面均与低地球轨道环境相一致,从而实现了对低地球轨道环境的真实模拟。     

低轨恒速平板型轨道分子屏与大气的撞击作用

以经典的气体分子运动论计算了低轨道（３００ｋｍ）恒速飞行的５ｍ直径平板型轨道分子屏所受的环境大气的撞击作用。大气分子和轨道分子屏的相互作用取完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞这两种极端形式,由此可认为轨道分子屏所受的撞击作用就介于这两者之间。计算结果表明,六种主要的大气成分中,原子氧的撞击作用最大,约占总的撞击动量的８０％,Ａｒ的撞击作用最小,要比原子氧小４个数量级,作用于分子屏的总的作用力为０．０４１Ｎ～０．０８２Ｎ。这些数据将有助于更详尽的了解轨道分子屏在空间飞行时的行为。     

LEO原子氧对空间材料侵蚀的数值模拟

提出了吸附作用(包括物理吸附和化学吸附)是引起空间材料原子氧腐蚀的主要机理.以此为依据,建立了相应的腐蚀量的反应-扩散方程.应用分子动力学经典碰撞理论的估算表明了方程中的物理作用项对于扩散效应为一小量,从而进一步简化了方程.在所建立的模型方程中,选用了基于Eyring绝对速率理论的扩散系数.对空间表面材料Kapton在近地轨道LEO(Low Earth Orbit)环境受原子氧侵蚀的过程进行了数值模拟,计算结果与飞行试验数据在误差允许的范围内符合得较好.     

地磁长期变化引起的低高度卫星轨道辐射带粒子环境的变化

利用IGRF2000模式计算了几个典型轨道辐射带粒子环境并与IGRF1970模式计算的结果进行了比较。计算结果表明，在辐射带的低部，对应某些倾角的能量大于0．1MeV质子的轨道积分通量变化达到2个量级，而通量大10MeV的辐射带质子的轨道积分通量变化达到1个量级；轨道积分通量的最大值变化为1个量级。能量大于0．04MeV辐射带电子的轨道积分通量变化在某些倾角达到3个量级，但轨道积分最大值的变化低于1个量级。1000km以上高度辐射带粒子环境的变化很小。     

Characteristics of nighttime E-region over Arecibo: Dependence on solar flux and geomagnetic variations

Electron concentration (Ne) inferred from Incoherent Scatter Radar (ISR) measurements has been used to determine the influence of solar flux and geomagnetic activity in the ionospheric E-region over Arecibo Observatory (AO). The approach is based on the determination of column integrated Ne, referred to as E-region total electron content (ErTEC) between 80 and 150 km altitude regions. The results discussed in this work are for the AO nighttime period. The study reveals higher ErTEC values during the low solar flux periods for all the seasons except for summer period. It is found that the E-region column abundance is higher in equinox periods than in the winter for low solar activity conditions. The column integrated Ne during the post-sunset/pre-sunrise periods always exceeds the midnight minima, independent of season or solar activity. This behavior has been attributed to the variations in the coupling processes from the F-region. The response of ErTEC to the geomagnetic variability is also examined for different solar flux conditions and seasons. During high solar flux periods, changes in Kp cause an ErTEC increase in summer and equinox, while producing a negative storm-like effect during the winter. Variations in ErTEC due to geomagnetic activity during low solar flux periods produce maximum variability in the E-region during equinox periods, while resulting in an increase/decrease in ErTEC before local midnight during the winter/summer periods, respectively.     

强短波衰落事件的太阳活动区磁场位形先兆

本文利用北京天文台提供的高空间分辨率的活动区纵场磁图对1988年的18个活动区进行分析研究,以寻求强SWF耀斑的先兆.结果表明,一磁流在异极性磁流区浮现,同极性磁流合并、异极性磁流侵入和纵向磁场强度剧增4种磁位形演化与强SWF耀斑有密切关系。文中还用1988年9—10月份的25个活动区的磁图和耀斑资料佐证上面的结果。      

中心频率为175MHz复合布拉格声光器件的设计

介绍以钼酸铅为声光介质、中心频率为１７５ＭＨｚ复合声光器件的设计，计算了以铟为粘合层时换能器带宽并确定了镀层厚度，该器件带宽为１２０ＭＨｚ，时间带宽积达１２０７．５，初步满足声光信号处理的需要。     

地球同步轨道高能电子增强事件预报方法

分析了地球同步轨道高能电子通量增强事件的发生规律及其与太阳风和行星际磁场参数的关系，并在此基础上建立了基于人工神经网络的高能电子增强事件模式，经实测数据检验，预报模式可以对未来1天的高能电子通量进行预报，误差为8．2％，达到了较高水平．     

有机硅烷提高航天器树脂材料抗原子氧剥蚀

为了提高航天器树脂材料的抗原子氧剥蚀的性能,把缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷加入到环氧树脂中,并对所制成的环氧树脂试样进行原子氧效应地面模拟试验,对试验前后试样的质量损失、表面形貌、表面成分和结构的变化进行了对比和分析.结果表明,添加有机硅烷可以有效地提高环氧树脂的抗原子氧剥蚀性能,试样表面在原子氧的作用下生成了一种三维网状结构,该结构有效地阻止了原子氧对底层材料的进一步剥蚀,使试样的质量损失和剥蚀率明显下降.50h实验之后,添加了质量分数为25.0%的有机硅烷,该材料的剥蚀率约为纯环氧树脂的25%.      

基于声光技术的扩频信号循环谱的检测

扩频信号是被伪随机码调制的周期信号,因此它应被建模为循环平稳随机信号.基于循环平稳随机信号的谱相关理论,提出了一种采用基于声光信号处理技术的扩频信号循环谱检测方法.通过研究扩频信号的循环频率、循环功率谱和基于时间积分的声光循环平稳处理模型,利用声光循环平稳时间积分相关器,在循环频率处对扩频信号的声光相关函数(循环谱)进行检测.相比于传统的能量检测方法,循环谱检测方法具有更好的检测性能;对于噪声和干扰,无论是平稳的、还是非平稳的,循环谱检测方法都具有较强的抗干扰能力,仿真结果证明了其有效性.     

1990年7月30日太阳射电大爆发中的脉动现象

本文讨论了1990年7月30日伴随日面2B级双带光学耀斑发生的3.2cm波微波大爆发事件的观测特征,它呈现为显著的脉动形态。并对它进行了数据处理,发现射电爆发流量S与脉动的特征参量:平均重复率R,调制度△S/S和能量△E之间有良好的统计相关性。对此作了讨论和初步的解释。     

原子氧对红外干扰材料消光性能的影响研究

为探索大气中的红外干扰材料可否应用于外层空间, 利用原子氧效应地面模拟装置对铜粉和石墨粉两种红外干扰材料样品进行了原子氧暴露实验, 并对样品进行了质量分析、XRD分析和红外透过率测试. 结果表明, 原子氧累积通量达到5.0×1019cm-2时, 铜粉样品质量增加0.004mg•cm-2,石墨粉样品质量损失0.117mg•cm-2; 原子氧暴露后, 铜粉对3~5μm与8~12μm红外质量消光系数由3.64 m2•g-1与2.74 m2•g-1变为3.14 m2•g-1与2.65 m2•g-1, 消光能力降低; 石墨粉对3~5μm和8~12μm红外的质量消光系数由6.54 m2•g-1和5.78 m2•g-1减小为2.38 m2•g-1和2.27 m2•g-1, 消光能力明显减弱.      

“风云一号”(B)星对内辐射带质子的观测结果

本文介绍“风云一号”(B)星上的“宇宙线成份监测器”于1990年11月19至24日对内辐射带质子的观测结果。通过对这些结果的分析, 本文获得了4—23MeV能量范围内辐射带质子垂直强度在磁坐标内的分布特征。同时, 本文还给出了100°E子午面内质子垂直强度的分布。分析表明, 所得结果与辐射带理论一致。