Active shielding for long duration interplanetary manned missions

For long duration interplanetary manned missions the protection of astronauts from cosmic radiation is an unavoidable problem that has been considered by many space agencies. In Europe, during 2002–2004, the European Space Agency supported two research programs on this thematic: one was the constitution of a dedicated study group (on the thematic ‘Shielding from cosmic radiation for interplanetary missions: active and passive methods’) in the framework of the ‘life and physical sciences’ report, and the other an industrial study concerning the ‘radiation exposure and mission strategies for interplanetary manned missions to Moon and Mars’. Both programs concluded that, outside the protection of the magnetosphere and in the presence of the most intense and energetic solar events, the protection cannot rely solely on the mechanical structures of the spacecraft, but a temporary shelter must be provided. Because of the limited mass budget, the shelter should be based on the use of superconducting magnetic systems. For long duration missions the astronauts must be protected from the much more energetic galactic cosmic rays during the whole mission period. This requires the protection of a large habitat where they could live and work, and not the temporary protection of a small volume shelter. With passive absorbers unable to play any significant role, the use of active shielding is mandatory. The possibilities offered by superconducting magnets are discussed, and recommendations are made about the needed R&D. The technical developments that have occurred in the meanwhile and the evolving panorama of possible near future interplanetary missions, require revising the pioneering studies of the last decades and the adoption of a strategy that considers long lasting human permanence in ‘deep’ space, moreover not only for a relatively small number of dedicated astronauts but also for citizens conducting there ‘normal’ activities.     

星载辐射计扫描镜太阳辐射热-结构建模与仿真

三轴稳定卫星平台搭载的光学有效载荷都存在午夜太阳辐射干扰问题,由此产生的热变形效应对光学系统的成像品质影响显著。采用复杂外热流近似建模技术,以及多软件耦合有限元仿真方法,以FY-4卫星的扫描辐射计为应用背景,研究了昼夜太阳辐射对星载辐射计扫描镜产生的热效应,并对不同热设计条件下的工况进行了对比分析。分析结果显示：扫描镜侧面及背面的热控涂层选取对其热变形有重要影响,但是仅仅通过热设计解决温度波动和热变形的矛盾是不够的,需要通过改进扫描镜的材料和优化光机结构加以改善。     

微小空间碎片与原子氧协同效应研究

利用等离子体驱动微小碎片加速器和潘宁源的原子氧模拟装置在中国首次开展了微小碎片撞击与原子氧协同作用对Kapton膜和镀铝Kapton膜的侵蚀效应研究. 实验结果表明, 碎片撞击能明显加剧原子氧对Kapton和镀铝Kapton膜的侵蚀效应, 对航天器的寿命及可靠性构成威胁, 制约中国长寿命高可靠性航天器的发展.      

Testing the blast wave model with Swift GRBs

The complex structure of the light curves of Swift GRBs (e.g. superimposed flares and shallow decay) has made their interpretation and that of the blast wave caused by the burst, more difficult than in the pre-Swift era. We aim to constrain the blast wave parameters: electron energy distribution, p, density profile of the circumburst medium, k, and the continued energy injection index, q. We do so by comparing the observed multi-wavelength light curves and X-ray spectra of a Swift sample to the predictions of the blast wave model.     

过冷核态池沸腾中的Marangoni效应

分析了过冷核态池沸腾过程中气泡横向运动现象,指出其成因在于相邻气泡界面温度差引起的Mara-ngoni对流对周围液体的吸引.通过对该流动的尺度分析,得到了气泡横向运动特征速度及其可观测度的估算公式,其预测结果与实验观测相一致.特别是对极细小的初始核化气泡,该公式预测了强烈的横向Marangoni对流会导致气泡顶端微射流的形成.该效应在加热面水平向下或微重力沸腾等气泡脱落频率较低的情形中尤为重要.      

光学遥感器光电信号处理系统的空间辐射效应研究

文章针对光学遥感器光电信号处理系统,描述了空间辐射效应研究的方法和途径。首先介绍了光学遥感器常用运行轨道的空间辐射环境,然后选择光学遥感器的光电信号处理系统作为分析模型,介绍了光电信号处理系统的电路组成和主要元器件,从器件级、电路级到系统级对空间辐射效应的危害性进行分析,并且结合元器件的抗辐射性能现状,归纳了辐射效应的薄弱环节及主要元器件需要进行的辐照试验。最后对空间辐射效应研究的方法和步骤进行了总结。     

光电耦合器高能质子位移辐射损伤效应评估

文章针对光电耦合器的空间辐射损伤效应,在国内首次开展了高能质子辐照对光电耦合器的位移损伤效应试验研究。结果表明:电流传输比是光电耦合器件位移损伤的敏感参数;相同质子等效注量辐照下,70 MeV能量的质子比191.17 MeV能量的质子对光电耦合器的损伤更严重;此外其他条件相同时,较大驱动电流下器件的位移损伤较小。文章还分析了引起光电耦合器件电流传输比退化的原因。     

空间带电粒子辐照效应的地面加速试验研究

空间带电粒子辐照下空间材料的损伤与失效是空间材料学研究的重要组成内容,地面模拟加速试验是研究材料辐照损伤效应的重要方法和技术途径。文章阐述了地面辐照加速试验的方法及相关概念,以光学石英玻璃为例验证辐照加速试验与模拟等效区间的概念,为当前研究材料在空间带电粒子辐照环境条件下的行为与航天器设计、选材提供科学依据。     

飞行高度对固体火箭两相喷焰流动与辐射的影响

固体火箭发动机喷焰的辐射特性对火箭目标探测与跟踪识别具有重要工程意义。本文针对某模型固体火箭发动机,基于欧拉离散相模型描述气-固两相相互作用,采用详细化学反应机理计算喷焰复燃效应,基于逐线积分法+米散射理论求解气体及粒子辐射物性参数,通过视在光线法计算辐射传输,并利用测量数据验证了本文模型的适用性,仿真分析了不同飞行高度对气固两相喷焰流动及辐射特性的影响。研究结果表明：随着飞行高度增加,喷焰中燃气与固体颗粒间相互作用减弱,且粒径越大的粒子与燃气间差异越大;两相喷焰受不同飞行高度上掺混与复燃效应程度差异的影响,致其温度分布和不同组分浓度分布存在显著差异;各高度下两相喷焰光谱辐射呈现气体选择性发射谱结构,其中高温Al2O3对辐射贡献主要集中在短波,且高度越高,影响越小;不同谱带间辐射特性受不同组分发射带影响而存在差异,且2.7μm和4.3μm两个主要发射带的辐射峰值出现在不同飞行高度。     

弱旋流燃烧器燃料/空气预混均匀性研究

实施贫预混燃烧技术的关键是保证燃料与氧化剂的均匀混合,避免在燃烧时形成局部高温点而导致NOx排放增加。本文针对弱旋流燃烧器设计了甲烷/空气预混方案,首先通过试验结果验证了数值计算方法的可靠性,然后对当量比为0.7的预混气体进行数值模拟,分析了燃料喷射孔和弱旋流流场特性对掺混的影响机制。结果表明：喷射孔径影响燃料的初始分布,很大程度上决定了在有限空间内可以达到的最终混合效果,对给出的预混结构,存在最佳当量孔径b=0.01及对应的平均动量通量比 J =75.59,使混合效果最优。弱旋流流场由中心直流通量和外环旋流通量共同作用,其中旋流对燃料扩散起主导作用。在保证弱旋流特性的前提下,通过增大孔板阻塞比或旋流叶片几何角的方式能够强化旋流作用,从而提高预混均匀性。