地面低能电子辐照受地磁场影响的数值计算研究

大辐照面发散型电子枪是大型磁层亚暴环境试验系统的关键部件之一。文章利用数值计算方法研究了地磁场对地面低能电子辐照的偏转效应,分析了电子束流中心偏转距离和偏转角随地磁场强度、电子枪加速电压的变化规律,最后通过试验印证了数值计算结果。研究的结果对于研制应用于大型磁层亚暴环境试验系统的大辐照面发散型电子枪具有一定的指导意义。     

空间材料深层充放电效应试验研究

利用电子枪发射的单能电子束、以及放射源发射的能谱结构接近空间电子环境的β射线电子,模拟试验了几种常用空间介质材料和某卫星部件的深层充电过程;结合对放电电流脉冲和电场脉冲的测量,观测了深层放电脉冲信号及其对试验电路的影响。试验结果表明,在类似实际空间强度的pA量级电子束辐照下,介质材料可以累积大量电荷,其表面电位可以达到近万V;随后发生的介质材料放电可产生高强度的放电电流脉冲和电场脉冲,放电脉冲对试验电路造成较强的干扰。     

10kV太空电子枪的光学系统设计及仿真研究

为使电子枪的性能满足太空环境下的作业要求,对10 kV太空电子枪的光学系统进行设计与仿真研究,给出一套完整的设计方法及流程.首先选择合适的阴极材料,仿真得到电子束的轨迹;而后算出合适的焦距,对一级聚焦电子光学系统进行仿真.鉴于一级聚焦系统不能实现在工作距离为300 mm时束斑直径为0.4 mm的设计目标,进而设计二级聚...     

电子辐照下聚酰亚胺薄膜的深层充电现象研究

空间辐射环境下聚合物绝缘材料的深层充放电效应是威胁航天器安全的重要因素之一。文章利用能量为5～100keV的单能电子枪,研究了不同束流强度电子辐照下聚酰亚胺薄膜样品的深层充电过程。实验表明,在102pA量级的电子束辐照下,聚酰亚胺薄膜样品的表面电位迅速上升后缓慢变化,最终可以达到几kV。在一定条件下,样品表面电位随着辐照电子束流密度和样品厚度的增加而增大;充电达到平衡所需的时间随着辐照电子束流密度和样品厚度的增加而减少。辐照截止后聚酰亚胺薄膜样品内部电荷的泄放需经历较长时间,由衰减时间常数推测出的样品电阻率要比采用传统测量方法得到的结果高一个量级。     

GEO地磁亚暴多能量电子带电评估方法研究

文章着眼于提高地球同步轨道(GEO)空间地磁亚暴带电效应模拟的真实度,对多能量电子模拟空间地磁亚暴带电的方法进行分析评估。首先采用单一能量电子束的地面试验对SENSIT工程软件进行了校准;然后参考地磁亚暴环境能谱,用该软件对Kapton样品在单一电子束、双电子束、全能谱电子辐照下的充放电特性进行了计算预示。研究表明：表面充电速率受控于电流密度;在12．5keV/32．5keV电子束组合时其效应模拟的结果最有代表性;在双电子束模拟中,较高能量电子源起关键作用。     

纤维增强复合材料电子束固化工艺

纤维增强复合材料电子束固化工艺采用电子加速器给电子以足够的能量使树脂体系发生交联反应而固化。该工艺不需要热压罐,可在室温下固化。从而降低模具费用,节省能源,减小制品中的热应力,制品综合性能好,是纤维增强复合材料低成本生产的一种新颖方法。电子束固化的基本条件是要有可被电子束固化的树脂体系和电子加速器,该方法已被用来生产大型空间运载器的结构部件。     

表面张力贮箱电子束焊接工艺研究

通过研究对接式和搭接式焊缝试板电子束流与焊缝熔深之间的关系、焊接顺序与角变形高度之间的关系,得出了表面张力贮箱前(后)舱推进剂管理装置上(下)组件电子束焊接工艺规范,即加速电压为60 kV,焊接速度为500 mm/min,工作距离为300 mm,电子束流为6 mA,聚焦电流为2.11 A,电子束偏移量为0.1 mm的焊接工艺规范.采用该工艺规范焊接的表面张力贮箱前(后)舱推进剂管理装置上(下)组件焊后和振动试验后的泡破点实测值满足设计要求.该表面张力贮箱已用于某型号上面级液体发动机.该发动机已通过了地面热试车考核.     

纤维增强复合材料电子束固化工艺

纤维增强复合材料电子束固化工艺采用电子加速器给电子以足够的能量使树脂体系发生交联反应而固化。该工艺不需要热压罐，可在室温下固化，从而降低模具费用，节省能源，减小制品中的热应力，制品综合性能好，是纤维增强复合材料低成本生产的一种新颖方法。电子束固化的基本条件是要有可被电子束固化的树脂体系和电子加速器，该方法已被用来生产大型空间运载器的结构部件。     

激光加速电子研究进展及其在空间环境模拟中的应用前景

超短超强激光与等离子体相互作用可以产生极端的物态条件和电离辐射环境, 这为航天器空间环境模拟研究提供了条件。文章综述了激光加速电子技术的基本原理和近年来的研究进展, 介绍了包括空泡机制在内的几种重要的加速机制, 重点回顾了电子束的能量提升和束流品质改善两方面的理论和实验结果。此外, 对激光电子加速应用于未来航天器空间环境模拟研究进行了展望。     

热缩套管绝缘性能辐照效应研究

文章研究热缩套管的体电阻率和击穿电场强度在空间带电粒子辐照环境中的退化情况。分别利用γ射线和低能电子模拟低地球轨道带电粒子辐照环境,研究热缩套管辐照前后性能变化情况。试验结果表明,热缩套管的击穿电场强度在辐照后变化不明显,而体电阻率有不同程度的变化,电子辐照后热缩套管的体电阻率退化比γ射线辐照后的更为严重。     

二次电子发射对稳态等离子体推进器加速通道鞘层的影响

稳态等离子体推进器(Stationary Plasma Thruster,SPT)工作时产生的高密度等离子体遇到其加速通道陶瓷器壁时,在陶瓷器壁与等离子体之间形成鞘层。离子会在鞘层电场作用下到达SPT加速通道器壁表面进而复合,而等离子体中的电子由于具有高能可跃过鞘层电场轰击器壁表面,从而产生二次电子发射效应。从器壁表面发射出的二次电子由于受到鞘层电场的排斥,导致其向等离子体源区移动,进而影响等离子体鞘层的特性。建立了考虑二次电子发射效应的无碰撞等离子体鞘层的一维流体模型,研究了二次电子发射对SPT加速通道鞘层特性的影响。计算结果显示,随二次电子发射系数增加,鞘层电势、离子密度、电子密度和二次电子密度增加,而离子速度降低,鞘层中离子密度始终大于电子密度。鞘层中二次电子绝大多数集中在器壁附近,随二次电子穿越鞘层厚度的增加,二次电子密度快速下降。     

基于粒子云方法研究地磁场对运动电子束的时空分布影响

空间电荷效应是空间带电粒子分布直接产生的相关效应,对于理解空间辐射环境有着重要意义.为研究地球磁场对空间电荷效应的影响,文章通过数值求解Poisson方程和相对论粒子运动方程,建立粒子云(particle-in-cell,PIC)自洽模型,并构建地球偶极子磁场模型作为内磁层背景磁场(空间分布L值为3～7).在模型基础上...     

永磁约束电子束轨迹实验研究

通过设计并运用一种直流电子束轨迹简易测量方法,开展了永磁约束电子束轨迹实验研究,得到了永磁铁环对60~80 ke V电子束约束作用的实验数据。结果表明:该测量方法方便有效,结果较为准确;永磁铁对电子束聚焦作用明显,并呈现出一定的规律性。对永磁铁约束电子束研究工作奠定了基础。     

20cm口径离子推力器性能建模与仿真

为了分析国内首台通过在轨飞行测试的20cm离子推力器栅极系统束流离子运行特性和推力器性能,针对该推力器栅极系统建立了束流引出二维数值仿真计算模型,利用PIC/MCC数值仿真计算方法,模拟束流引出过程中带电粒子在电场作用下的加速、聚焦与引出、带电粒子与中性原子之间的相互作用、电场和等离子体流场之间的相互耦合等过程。数值计算结果显示,屏栅截获的离子电流约为1.71×10 -4 A,加速栅截获的电流和CEX离子电流分别为0 A和9.11×10 -7 A,因此,加速栅电流的主要来源是冲击到其表面的CEX离子,证明了加速栅电流的主要来源是冲击到其表面的CEX离子,计算的加速栅截获电流与束流电流之比约为0.114%。试验测得推力器运行4000h期间,电子反流极限电压始终为75~90〖KG*9〗V,其变化幅度很小,这意味着中和器发射的电子在栅极系统中的反流不会导致其发生失效。理论计算结果与试验测试值相比,误差约为1.08%。〖JP〗     

Electrostatic Noise Spectrum at the Electron Cyclotron Frequency and Electromagnetic Emission in the Inhomogeneous Plasma of the Topside Ionosphere

Measurements of the wave emission of the topside ionosphere made onboard the APEX satellite using the electric component of the wave field in the 0.1–10 MHz frequency band are presented. At middle latitudes a wave intensity decrease was observed in the broad-band spectrum of the electrostatic noise at the electron cyclotron frequency. It is shown that a break in the spectrum of electrostatic modes at the electron cyclotron frequency (the absence of the plasma eigen-frequencies) may be a cause of the observed effect. The increase of the intensity at the electron cyclotron frequency in the ionospheric trough and at latitudes above the trough region as compared to middle latitudes may be explained by the capture by plasma irregularities of the electromagnetic emission of the auroral electron fluxes.__________Translated from Kosmicheskie Issledovaniya, Vol. 43, No. 3, 2005, pp. 201–208.Original Russian Text Copyright © 2005 by Izhovkina, Prutensky, Pulinets, Kiraga, Klos, Rothkael.     

Theory of type III radio bursts in the interplanetary space: I. Derivation of permittivity tensor for the system consisting of electron beam and solar wind plasma

The tensor of permittivity for the system “electron beam - plasma of the interplanetary space” is derived in the approximation of geometrical optics. The problem is one-dimensional; all parameters such as density of the beam and of the solar wind plasma, and the induction of the interplanetary magnetic field are assumed to be dependent only on the distance to the Sun. The beam is generated by an active region during a solar flare, and it is a source of radio bursts of type III in the interplanetary space. The tensor of permittivity was obtained to close field equations by a material equation. On the basis of these equations it becomes possible to study theoretically the amplitude-frequency characteristics of the radio bursts as disturbances of the above-described beam-plasma system.     

电动帆轨迹优化及其性能分析

电动帆是一种新兴的无推进剂损耗的推进方式,利用太阳风的动能冲力飞行。电动帆由数百根长而细的金属链所组成,这些金属链通过空间飞行器自旋展开,太阳能电子枪向外喷射电子,使金属链始终保持在高度的正电位,这些带电的金属链会排斥太阳风质子,利用太阳风的动能冲力推动空间飞行器驶向目标方向。针对电动帆轨迹优化问题,提出采用Gauss伪谱法进行轨迹优化,克服了间接法对协态变量初值敏感的缺点。考虑在太阳风暴等原因造成特征加速度改变的情况,基于Gauss伪谱法实现电动帆在线轨迹重新规划,提高电动帆对太阳风不确定性的适应能力。最后以太阳系外探测任务为例,对电动帆和太阳帆的性能进行对比,仿真结果表明电动帆在星际远航任务中所用时间较短。