利用栅网控制空间等离子体环境效应模拟中的等离子体参数

通常采用ECR等离子体源产生的等离子体的温度和密度都比较大，通过附加适当目数的栅网，并在栅网上加一定的偏置电位来对等离子体参数，尤其是温度，密度进行调整，满足空间等离子体环境模拟要求，本文利用14目，25目的栅网，对已有的地面实验室空间等离子体环境进行了改进，得到了更加接近空间等离子体参数的一个地面模拟环境。     

降压法抑制自然对流的数值模拟

具有强迫流动的航天器密封舱在地面模拟试验时常用降压法来抑制自然对流的影响，但降压比的确定往往取决于一些未知参数，这些参数的不确定使得自然对流的抑制效果难以保证，该文提出了一种通过数值模拟验证来确定降压比的方法，以某航天器密封舱为原型，通过直接对在轨飞行和不同舱压地面状态进行数值模拟，得出了最佳降压比。     

利用孤立导体建立等离子体探测载荷参考电位方法

研究讨论了一种利用孤立导体在空间等离子体环境中建立探测器参考电位的技术.将一个金属导体与航天器进行电隔离,利用电路将孤立导体电位引入探测器电源模块,为探测器建立参考电位.该技术可安全方便地应用于卫星等航天器,使探测器的地电位与空间等离子体电位基本一致,避免航天器本体电位对探测器的影响.该技术将应用于中国空间站等离子体原位探测器,通过测试验证了该技术方法可以建立-210～+210V的参考电位,满足空间站等离子体原位探测器-200～+200V的参考电位技术需求.      

基于BP神经网络的GEO等离子体环境参数反演分析

空间等离子体环境诱发的表面充电效应会对航天器运行产生干扰,严重时将导致太阳电池等部件失效。通过神经网络反演方法,以GEO环境中介质表面充电电位曲线作为输入,在双峰麦克斯韦分布假设下,可以逆向得到高能峰的等离子体参数。分析了GEO等离子体环境参数对表面充电电位曲线的影响,表明高能峰在充电过程中起决定性作用;其次通过MATLAB搭建BP神经网络,采用COMSOL计算得到多组充电曲线进行网络训练和反演计算,得到等离子体密度反演的平均相对误差为0.42%,温度反演的平均相对误差为0.03%,整体误差在0.1%～5.6%。结果表明,采用神经网络对等离子体环境进行反演具有可行性,该方法可以作为空间等离子体环境探测结果的对比参考和航天器非探测点表面电位计算的输入条件。     

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.     

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．     

空间飞行体与压缩区内等离子体非稳态相互作用的数值模拟

在压缩区内，飞行体天线辐射出的高频调制场影响着等离子体中的电荷分布，而电荷分布的扰动又反过来影响场量，采用FTCS有限差分格式方法，利用二维三分量轴对称，对空间飞行体与压缩区内等离子体非稳态相互作用过程进行数值模拟，得到了电荷密度扰动与电场的变化情况，计算结果表明，这种非线性相互作用可以引起场的塌缩并出现密度空洞，通过对密度空洞变化的探测，可对隐身飞行体进行跟踪。     

低轨道航天器的表面充电模拟

为研究航天器表面材料在空间环境中的充电现象, 利用SPIS (Spacecraft Plasma Interaction System)模拟了航天器在低轨道等离子体环境中的表面充电情况, 通过对模拟结果进行分析并与实际观测进行比较, 可以看出模拟结果基本能够反映出不同性质材料之间的充电差别, 特别是导电材料与非导电材料之间的充电差别. 模拟得到的充电电位及充电时间与充电的一般理论计算结果符合较好, 且能够清晰反映出航天器运动中产生的冲击流及尾流的结构特征. 根据SPIS低轨道航天器表面充电模拟的特点, 认为SPIS的模拟结果是合理的.      

磁等离子体推力器工作机理与应用前景研究

研究了发动机能量输入、工质电离、等离子体加速及能量转换过程及机理,同时分析了磁等离子体推力器在空间推进任务中的应用前景.研究表明磁等离子体推力器主要利用电磁力加速和磁喷管的能量转换作用来实现加速,这种方式在大功率条件下,能够获得大推力、高功率和较长工作时间,在大功率轨道航天器和深空任务中有广阔的应用前景.     

表面等离子体共振生物传感器在微生物检测中的应用

在地球环境及航天空间环境中存在有多种多样的微生物,快速、准确地检测这些微生物成为亟待解决的问题.在众多微生物检测方法中,表面等离子体共振生物传感器凭借其快速、灵敏的检测特点,近年来发展迅速.本文综述了表面等离子体共振生物传感器在微生物检测领域中的应用,以期为地面及航天环境的微生物检测工作提供技术参考.      

太阳帆板驱动机构的表面充放电效应研究

空间等离子体环境效应导致的卫星表面充放电是造成卫星在轨工作异常及故障的重要原因之一. 太阳帆板驱动机构（Solar Array Drive Assembly,SADA）是长寿命、大功率卫星电传输环节的关键部件,易成为充放电效应的对象,可使卫星丧失能源,导致整星失效. 为验证空间等离子体环境导致的表面充放电对SADA特别是其功率传输可靠性和安全性的影响,利用等离子体环境模拟试验装置,模拟地球同步轨道（Geostationary Orbit,GEO）等离子体环境,针对SADA进行试验研究. 结果表明,使用两种不同绝缘材料的SADA在空间等离子体模拟环境下表现没有明显区别,表面充放电未对设计合理的SADA正常工作造成明显影响. 研究结果对未来GEO轨道SADA等空间机构的可靠性和安全性设计具有一定指导意义.      

利用半导体二极管伏安特性进行朗缪尔探针性能测试研究

研究讨论了一种利用半导体二极管伏安特性进行朗缪尔探针性能测试的方法. 设计的朗缪尔探针性能测试方法对外界因素要求较低,在常温常压的通常实 验室环境下即可进行,其测试结果可作为利用地面等离子体环境进行定标测试 前的初步性能验证. 通过实验室环境下的测试试验, 验证了该方法的有效性和 可行性.      

A Satellite-borne Miniature Ion Mass Spectrometer for Space Plasma

The miniature design technology is an important trend in space exploration. Mass spectrometer is used extensively in the space environment detection. The miniature ion mass spectrometer utilizes a 127° cylindrical electrostatic analyzer accompanied with a Time of Flight (TOF) unit based on ultrathin carbon foil to measure the energy spectra and composition of space plasma. The Time of Flight technique has been used broadly in space plasma measurement. A new type of miniature method for the ion mass spectrometer is introduced. The total mass of the instrument is 1.8 kg and the total power consumption is 2.0W. The calibration results show that the energy measurement range is 8.71～43550eV, the energy resolution is 1.86% and the ion mass from 1 amu (1 amu = 1.67 × 10-27 kg) to 58 amu can be resolved by the miniature mass spectrometer. The miniature ion mass spectrometer also has a potential to be increased in the field of view by an electrostatic deflecting system to extend its application in space plasma detection. The miniature ion mass spectrometer has been selected for pre-study of Chinese Strategic Priority Research Program on Space Science.      

电磁监测试验卫星离子漂移计定标实验研究

离子漂移计用于探测离子垂直轨道方向的漂移速度.离子漂移计的定标实验包括电子学定标和等离子体环境定标.通过对自行研制的电磁监测试验卫星离子漂移计的电子学定标方法研究,测试得到离子漂移计的噪声、电流测量范围、增益和修正系数以及温漂等电子学定标参数.测试结果表明,离子漂移计的电子学性能优于设计要求,满足科学探测需求.此外,借助于意大利INAF-IAPS等离子体测试实验设备模拟电离层等离子体环境,对离子漂移计的等离子体环境定标问题进行了分析研究.等离子体环境下的测试结果表明,该离子漂移计在特征点处测量结果满足仪器指标要求,能够正确探测离子横向速度,且其相对精度满足设计要求.      

空间环境天基探测现状与需求分析

天基空间环境探测是了解空间环境状态及变化规律的重要手段, 同时也是保障人类空间活动安全的空间环境预报业务的重要数据来源. 为了促进中国空间环境天基探测的发展和合理布局, 本文分析总结了空间环境天基探测的现状、特点以及能够服务于空间天气预报的业务监测能力情况, 从空间环境业务保障角度分析了空间环境天基探测的需求, 并对中国天基空间环境探测的发展思路进行了初步探讨分析.      

近月空间带电粒子环境——“嫦娥1号”“嫦娥2号”观测结果

“嫦娥1号”（CE-1）、“嫦娥2号”（CE-2）都安装了1台太阳高能粒子探测器（High-energetic ParticlesDetectors,HPD）和2台太阳风离子探测器（Solar Wind Ion Detectors,SWIDs）,进行了月球轨道200 km和100 km空间环境探测,获得了月球轨道空间高能带电粒子（质子、电子和重离子）能谱随时间的演化特征、等离子体与月球相互作用特征以及太阳风离子速度、密度和温度参量。空间环境探测数据分析结果表明：太阳活动低年、空间环境扰动水平相对较低、月球处于太阳风中时,近月空间带电粒子环境的基本特征与行星际空间相比变化不大。CE-1、CE-2在轨运行期间,发现了多起0.1～2 MeV能量电子急剧增加事件,这些事件发生在月球从太阳风运动到磁尾的所有空间区域,其中20%的事件伴随着卫星周围等离子体离子加速。模拟和统计研究表明：能量电子急剧增加使得绕月卫星和月球表面电位大幅下降导致了离子加速现象的发生;能量电子总流量大于10¹¹ cm^-2时,绕月卫星和月球表面充电电位可达负的上千伏。此外,月表溅射与反射太阳风离子、太阳风“拾起”离子等空间环境事件的发现,揭示了太阳风离子和月球存在复杂的相互作用过程。     

SRB,G86和铝阳极化表面充电性能评价研究

SRB、G86涂层和铝阳极化着(黑)色是卫星表面热控用的材料。在轨道上,它们将直接与空间等离子体环境相接触,因此它们表面积累电荷的性质对是否会由它们引发放电、起弧、击穿等物理效应是至关重要的。为此在综合模拟空间环境下对它们的充电性能进行评价是十分必要的。通过实验评价可以正确了解它们的表面积累电荷的情况及其变化规律,为在工作中恰当的使用或改进提供科学依据。