磁层电场仪前端信号处理电路研究

针对磁层稀薄等离子体环境中的电场测量,设计了一种电场仪前端信号处理电路方案.双探针电场仪通过向等离子体输出驱动电流,测量两探针间的电位差,从而测量空间电场的探测仪器.在磁层稀薄等离子体环境下,等离子体阻抗较高,电场仪探针将工作在较高的工作电压上.若探针电压接近或超过电路耐压值,则可能会影响探测结果,甚至损坏电场仪.本文结合低偏置电流的电压跟随方案和反馈悬浮电源控制方案,解决了稀薄等离子体环境中电场测量的弱电流采样和高动态电位处理问题,并采用低噪声元件和特殊电路设计,控制电路噪声.测试结果显示,本方案可使探针适应±100V的悬浮电位,实现150kHz带宽的电场信号测量,且噪声小于14nV·mHz-1/2,满足目前空间电场仪测量精度需求.      

Volland对流电场模型的实验参数

本文将几个地面和卫星观测结果结合起来给出Volland对流电场模型的实验参数.结果能很好地与GEOS-2卫星所测得的等离子体层顶运动特征、STARE雷达测得的Harang不连续性的运动及近年来探测的磁层电离层电场相吻合.文章指出只要Volland电场模型的参数由实验确定后, 将更有助于磁层和电离层物理的研究.      

中性原子成像探测的物理设计与仿真

研究了磁层-电离层-热层耦合星座(MIT)卫星计划中高能中性原子成像仪(NAIS-H)探测方案的原理设计和模拟仿真. 以双星中性原子成像仪设计思想为基础,依据MIT卫星计划的总体科学目标和磁层卫星的轨道环境及相应自旋姿态,给出中性原子成像仪的技术架构,并针对地磁偶极场的环电流模型进行了模拟仿真. 仿真结果表明,所研制的NAIS-H以其高时空分辨能力适用于监测和反演磁暴期间磁层等离子体的全球动力学过程.      

空间天气早知道——"探测"系列科学卫星

2003年12月30日发射的中国探测一号卫星和2004年7月25日发射的中国探测二号卫星是“地球空间双星探测计划”（简称“双星计划”）的两颗卫星。所谓“双星计划”就是发射2颗探测地球磁层空间的卫星进入赤道轨道和极地轨道组成“双子星座”，运行于目前国际上地球空间探测卫星尚未覆盖的重要活动区，主要用于研究太阳活动、行星际磁层空间暴和之灾害性地球空间天气的物理过程。[第一段]     

技术水平有提高空间天气早知道"探测"系列科学卫星展新貌

2003年12月30日发射的中国探测-1卫星是"地球空间双星探测计划"(简称"双星计划")中的第1颗卫星,运行在赤道轨道.2004年7月25日,"双星计划"的第2颗卫星--探测-2由长征-2C改进型火箭送入地球极轨道.这2颗探测地球磁层空间的卫星分别运行于目前国际上地球空间探测卫星尚未覆盖的重要活动区,主要用于研究太阳活动、行星际磁层空间暴和灾害性地球空间天气的物理过程.     

上行离子源区卫星探测的轨道需求分析

极区从电离层到磁层的上行粒子流探测研究是空间天气建模中的重要问题,其起源和加速机制是磁层-电离层-热层耦合小卫星星座计划的主要科学目标. 磁层-电离层-热层耦合小卫星星座计划拟定由两颗磁层星和两颗电离层/热层星组成星座对极区进行联合观测. 其中,上行粒子源区附近的就位探测是电离层-热层耦合机制研究的重点,也是电离层/热层星轨道设计的关键. 根据相关空间探测计划和卫星观测结果,通过比较圆轨道和椭圆轨道两种方案,确定电离层/热层星采用椭圆轨道.      

地球磁尾的电场模式

地球磁层中的电场是磁层等离子体运动的主要驱动力。目前常用的磁层电场为均匀晨昏电场和投影电场。本文假定磁力线为电场的等位线，地球电离层电场看做磁层电场沿磁力线在电离层的投影。利用Tsyganenko磁场模式（T89），沿磁力线反电离层电场投影到磁尾，得到了一个新的磁层电场模式。文中对偶极磁场和T89磁场模式下的投影场作了比较，说明本模式突破了偶极磁场的局限，在磁层有更大的适用范围。     

冷而密的等离子体片及其对磁尾等离子体片分布特性的影响

地球磁尾等离子体片在太阳风-磁层耦合过程中起着重要的作用，其中冷而密的等离子体片是地磁活动平静期太阳风等离子体进入磁层的重要区域.以往的研究通常没有利用局地探测数据针对冷而密的等离子体片发生率在地心太阳磁层坐标系（GSM）中xy平面分布的统计分析.本文利用GEOTAIL卫星1996-2016年的局地测量数据，给出了等离子体片密度、温度及冷而密的等离子体片发生率的二维分布.与温度具有晨昏对称分布不同，等离子体片数密度呈现明显的晨昏不对称性，并且冷而密的等离子体片发生率在晨侧较高.      

航天简讯

1990年7月25日入轨的美航宇局和美国空军合作的一颗“播撒和观测辐射效应”卫星(CRRES)在空间把24个管装的化学元素(钡和锂),在磁层中释放,同太阳等离子体激励发生作用,特殊云区产物类似人们在两极看到的极光。为了精确观测此现象,曾用探空火箭向马绍尔群岛空间探测。当卫星上化学元素播撒后,在中美、北美和加勒比海上空出现彩色纷呈的光亮,这些彩     

探测-2卫星发射升空

2004年7月25日,中国地球空间双星探测计划的第2颗卫星——探测-2卫星由改进型长征-2C火箭发射升空。探测-2是极轨卫星,主要探测太阳风能量和近地磁尾区能量向极区电离层和高层大气,以及电离层粒子向磁层传输的过程。它升空后和探测-1相互配合,构成星座式独立探测体系,对地球空间暴发生机制和发展规律进行立体探测。探测-2卫星发射升空@夏光     

有磁场时电子在航天器光电子鞘层中的漂移运动

采用二级漂移近似理论，研究了在航天器光电子鞘层中与电流收集有关的电子在磁场中的运动轨道和收集电子有关的磁瓶结构，结果表明当磁场越强，航天器表面电势越弱，磁瓶在无穷远处横截面积就越小。在光电子鞘层中，势垒对电流收集影响较大，磁瓶的横截面积在略远于垫垒处有极大值，磁瓶在无穷远处的横截面积并非随着势垒距航天器距离的远近而单调变化。     

Laboratory experiments on spacecraft charging and its neutralization

Simulation experiments on spacecraft charging in space plasma and its neutralization are performed in relation to the electron beam experiment (SEPAC) on Space Shuttle Spacelab 1. A spacecraft simulator or a spherical probe is immersed in a magnetized plasma and a positive high voltage with respect to the plasma is externally applied to it. The current-voltage characteristics follow quite well with the theoretical model of Parker and Murphy [1] in the low voltage, low pressure region. When the voltage rises to more than the ionization potential of the surrounding neutral gas, it departs from the model and the effect of plasma production by the electron current becomes very important. The same kind of ionization effect as this has also been observed in our rocket experiments with an electron beam. The enhancement of the ionization effect by an additional neutral gas injection causes a considerable suppression of the potential rise of a spacecraft emitting an electron beam. This is demonstrated with the SEPAC accelerators in a large space chamber experiment.     

用发射探针确定等离子体空间电位的实验研究

实验研究了空间电荷对发射探针确定等离子体空间电位的影响,探讨确定等离子体空间电位的可靠方法。结果表明,发射探针之统发射电流趋于零之点更接近于等离子体的空间电位。      

Particle-in-cell simulation of the plasma environment of a spacecraft in the solar wind

The main interactions between the plasma and the spacecraft are the wake effects, the emission of a dense photoelectron cloud and the electric charging of the surface of the spacecraft. An electrostatic particle-in-cell computer simulation model is presented, that allows the simultaneous calculation of these related effects. For different plasma properties, two-dimensional simulations yielded the steady state self-consistent potential distributions around the probe. These potentials, especially the potential barriers produced by the photoelectron cloud, have great influence on the measurements of the low energy solar wind electrons. The essential features can be verified by a comparison with selected electron distributions measured onboard the HELIOS spacecraft.     

Electric antenna as a dust detector

Electric antenna responds to three effects caused by a dust impact-induced plasma cloud: -change separation electric fields, -charging of the antenna, -pulse of the spacecraft potential. Each effect, being a function of the induced charge (particle mass), depends on the ambient plasma conditions, including photo- and secondary emissions. The first two effects are also strongly dependent on the impact geometry. In the paper an attempt is made to consider systematically the dependence on the charge and ambient conditions for two main types of antenna (probe, wire/cylinder) and for both configurations (monopole, dipole). A conclusion is drawn that for a plasma wave/radio experiment to be utilized as a dust detector, the most advantageous option is a monopole, whose probe (wire/cylinder) is not exposed to dust-induced plasma.     

Kinetic theory of the current sheath. I. On polarization of an equilibrium current sheath

The basic theme of this paper is the investigation of the polarizing electric fields caused by anisotropy of thermal plasma of a current sheath. The paper provides a generalization of the equilibrium distribution function of the current sheath (Harris function) to the case of temperature anisotropy of plasma along and across the sheath. It appears that solution of the electroneutral equilibrium represents a narrow class of solutions and is true only for certain relations between the parameters of the problem. In the general case, the plasma of a stationary current sheath is polarized. The structure of the current sheath of a magnetosphere tail is investigated with regard to the effect of polarization, and profiles of the polarization electric fields are obtained. This field should be taken into account in the study of current sheath stability.     

太阳风中航天器带电与尾迹效应的模拟

航天器充电和尾迹效应会对周围等离子体造成扰动,影响测量装置结果的准确性.利用SPIS （Spacecraft Plasma Interaction Software）分别模拟了航天器与太阳风的相互作用,考察了光电效应以及航天器尺度对表面充电情况和尾迹效应的影响.结果表明:太阳风环境下,等离子体密度稀薄,电子电流比光电子电流小得多,航天器表面为正电势,航天器后部有清晰的尾迹结构,尾迹带负电;光电效应可改变尾迹结构,与无光电效应相比,光电效应使得航天器尾迹尺度变大;由于太阳风定向运动动能大于航天器表面势能,航天器的尾迹结构与其几何尺寸有关,航天器尺寸越大,尾迹尺度越大.      

高速撞击梯度电势靶板产生等离子体诱发的放电

针对在轨运行航天器在空间等离子体环境和空间带电粒子活动下诱发航天器表面梯度电势存在的客观现实,航天器在空间碎片的撞击下会诱发表面带电或深层电介质带电的航天器放电。为了在实验室模拟航天器表面存在电势差的真实情况,采用对航天器外表面分割的方法,在分割的表面间预留不同间距且在2靶板间加装电阻的方法创造具有梯度电势的高电势2A12铝板作为靶板。利用自行构建的梯度电势靶板的充放电测试系统、超高速相机采集系统和二级轻气炮加载系统,开展高速撞击梯度电势2A12铝靶的实验室实验。实验中,弹丸以入射角度为60°（弹道与靶板平面的夹角）、撞击速度约为3 km/s的条件撞击间距分别为2、3、4和5 mm的2A12铝高电势靶板,利用电流探针和电压探针采集放电电流和放电电压。实验结果表明:放电产生的等离子体形成了高电势与低电势靶板间的放电通道,且在梯度电势靶板间距分别为2、3 mm时诱发了一次放电,放电电流随高低电势靶板间间距的增加而减小;在梯度电势靶板间距分别为4、5 mm时诱发了二次放电,放电电流随高低电势靶板间间距的增加变化不明显。