ROMAP: Rosetta Magnetometer and Plasma Monitor

The scientific objectives, design and capabilities of the Rosetta Lander’s ROMAP instrument are presented. ROMAP’s main scientific goals are longterm magnetic field and plasma measurements of the surface of Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko in order to study cometary activity as a function of heliocentric distance, and measurements during the Lander’s descent to investigate the structure of the comet’s remanent magnetisation. The ROMAP fluxgate magnetometer, electrostatic analyser and Faraday cup measure the magnetic field from 0 to 32 Hz, ions of up to 8000 keV and electrons of up to 4200 keV. Additional two types of pressure sensors – Penning and Minipirani – cover a pressure range from 10⁻⁸ to 10¹ mbar. ROMAP’s sensors and electronics are highly integrated, as required by a combined field/plasma instrument with less than 1 W power consumption and 1 kg mass.     

基于等离子体激励器简化模型的流动分离控制

对等离子体激励器做简化模型,并研究简化模型对于NACA0015翼型流动分离的控制效果.通过改变激励器在翼型上表面的位置及激励强度的大小,研究了实施流动控制的较佳位置及强度的大小.数值模拟结果表明,在前缘点附近加入控制的作用要优于其它位置;且激励强度对于流动控制的效果有极大的影响,大的激励强度有好的控制效果.此控制方法可以有效地延迟流动的分离,达到增升减阻的目的.是一种有前途的流动主动控制方法.     

高速风洞等离子体流动控制实验技术研究

针对开展等离子体高速流动控制研究的技术需求,通过专用模型及实验机构设计、绝缘密封走线、多层电磁屏蔽等技术手段,建立了一套适用于高速风洞的等离子体流动控制系统,提出了等离子体高速流动控制风洞实验的技术规范和运行策略,并初步探索了等离子体激励对二元翼型绕流的控制规律。采用该技术后,解决了高压电缆的绝缘、密封走线问题,模型与实验机构的感应电压减小90％以上。风洞实验结果表明：实验系统运行稳定,实验数据可靠,等离子体激励对犕犪＝0．2的流动可实现有效控制;施加等离子体激励后,NACA0012翼型的流动分离明显减弱,升力增大,阻力减小,临界失速迎角增大2＆#176;,最大升力系数增大4％,总体气动性能得到显著提升。     

激光等离子体微推力器的发展及热点问题

激光微推力器在航天器的轨道调整、引力补偿、位置保持、轨道机动和姿态控制等方面存在巨大的潜在优势。对近年来激光等离子体微推力器的研究和发展进行了较全面介绍,并详述了激光等离子体微推力器发展过程中的几个热点问题,包括激光等离子体微推力器的工作模式和工质的选择、推力单元结构设计、微型激光器和微推力测试方法的研究与发展现状。通过对比分析,给出了目前所研究的激光等离子体微推力器的优缺点,为国内研制激光等离子体微推力器提供了一些有益参考。     

直流电弧等离子体炬电极烧蚀特性分析及实验测量

为研究直流电弧等离子体发生器电极烧蚀特性,进而为其寿命评估提供依据,对直流电弧电极烧蚀特性进行了分析,探究电极烧蚀率的主要影响因素并推导了相关准则数。搭建了电极烧蚀实验系统,对钨电极烧蚀特性进行了实验研究。结果表明:在相同输入功率下,电弧放电过程中阴极与阳极的烧蚀率基本相同且不随时间变化,如2.2 kW时,烧蚀率保持13.88 mg/s不变;在实验功率范围内,电极烧蚀率与输入功率近似呈三次函数关系。利用之前推导的准则数,建立了计算烧蚀率的实验关联式。     

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。     

微小卫星在LEO背景等离子体环境中的充电特征

航天器在低地球轨道(Low earth orbit,LEO)背景等离子体中高速运行时会在速度下方形成尾流区。本文以南京航空航天大学的"天巡一号"微小卫星为研究对象,利用充放电计算程序SPIS研究分析了其在LEO背景等离子体环境下的充电情况、尾流特征及鞘层结构。模拟结果表明,微小卫星在背景等离子体环境下的充电电位低,这与LEO的充电电位特征相符;其尾流和鞘层结构与大卫星有明显特征区别:(1)其远尾区存在密度增强效应;(2)微小卫星鞘层情况符合厚鞘近似。同时,本文采用轨道运动限制(Orbital motion limited,OML)理论对密度增强效应进行了合理解释,而卫星的材料和尺寸可对密度增强的程度造成影响;在"天巡一号"靠近底板的位置鞘层厚度为0.630m,而鞘层厚度并不是常数,随着卫星表面电位的不同有所变化。     

100W微波等离子推力器的调试与地面实验

微波等离子推力器(MPT)谐振腔只有在谐振状态下，微波能量才能被高效地用于加热工质产生推力。采用微波无源器件回波损耗的测试方法对100W MPT谐振进行精确地调谐，分析微波能量的吸收效率及谐振频率带宽，研究腔体尺寸、微波耦合探针位置在同一谐振频率条件下的匹配性。在地面条件下，对100W MPT系统进行了实验，利用推力器腔体内的高电场强度可直接使系统推力器腔体中工质电离，其最高能量吸收效率可达98．3％。     

电离层拟合方法及路径参数量化分析

针对多层电离层,采用反抛物层作为连接层来描述电离层之间区域的电子密度分布.以电子密度和其相对于高度的一阶偏导数连续为依据,拟合出连接层的临界频率、半厚度和底高等电离层参数.将电离层的准抛物模型和连接层的反抛物模型中计算出来的等离子频率代入Appleton-Hartree公式和Snell定理,结合射线的几何结构完成多层电离层中的射线追踪,同时计算群路径、相路径和传输距离这3种重要的路径参数.分析当给定频率时,路径参数与入射角之间的关系,群路径、相路径与传输距离之间的关系,频率对路径参数之间变化关系的影响;同时分析了给定入射角时,路径参数与射线工作频率之间关系和入射角对于路径参数之间变化关系的影响.     

Shocks and instabilities in the partially ionised solar atmosphere

The low solar atmosphere is composed of mostly neutral particles, but the importance of the magnetic field for understanding observed dynamics means that interactions between charged and neutral particles play a very important role in controlling the macroscopic fluid motions. As the exchange of momentum between fluids, essential for the neutral fluid to effectively feel the Lorentz force, is through collisional interactions, the relative timescale of these interactions to the dynamic timescale determines whether a single-fluid model or, when the dynamic frequency is higher, the more detailed two-fluid model is the more appropriate. However, as many MHD phenomena fundamentally contain multi-time-scale processes, even large-scale, long-timescale motions can have an important physical contribution from two-fluid processes. In this review we will focus on two-fluid models, looking in detail at two areas where the multi-time-scale nature of the solar atmosphere means that two-fluid physics can easily develop: shock-waves and instabilities. We then connect these ideas to observations attempting to diagnose two-fluid behaviour in the solar atmosphere, suggesting some ways forward to bring observations and simulations closer together.