临近空间飞行器测控系统的特点和主要技术问题

在与航天测控系统比较分析的基础上,归纳出临近空间飞行器测控系统的特点,并概述了它的等离子体衰减、多径干扰、天基测控通信、多目标测控和低时延实时遥控等主要技术问题。     

磁鞘等离子体密度统计建模

利用理想磁流体LFM模型的模拟数据,基于非参数统计方法对2004年11月14日03：00UT-07：00UT磁暴恢复相期间磁鞘等离子体平均密度进行建模.分析磁鞘等离子体平均密度与上游太阳风参数、行星际磁场参数及地磁扰动参数的统计关系,建立基于数据降维的经验模型.结果表明,电离层扰动强度因子、太阳风-磁层耦合强度因子和日地空间因果链耦合强度因子是影响磁鞘等离子体平均密度的三个主要方面.磁暴恢复相期间电离层上行离子是磁层环电流和磁尾等离子体的重要离子来源.建模分析过程表明,利用经验模型对空间物理过程开展建模,数据的严重多重共线性通常会导致模型的精度较差.而利用SIR和LPR建立的磁鞘等离子体平均密度随相关参数变化的经验模型可以有效解决该问题,具有较好的预测精度,统计特征显著.     

脉冲等离子体推力器电磁加速机理数值研究

为了对脉冲等离子体电磁加速机理有清晰的认识,为后续推力器性能的优化和产品的小型化提供理论基础,需要对脉冲等离子体推力器的特性进行数值研究。利用包含电容、电感、平行板电极、等离子体的一维集成电路模型,开展了脉冲等离子体推力器的数值模拟研究。通过改变初始放电电压和电极间距的大小,系统地研究了脉冲等离子体推力器的初始放电电压、电极间距对推力器电磁加速的影响。结果表明,在其他参数不变的情况下,推力器的推力、比冲、元冲量,以及等离子体的密度、温度随推力器初始放电电压的增加而增加;同样,增加电极间距也能够提高推力器的推力、比冲;然而,电极间的阻抗会随电极间距的增加而增加,导致推力器的点火难度也随之增加,因此脉冲等离子体的电极间距存在一个最优值。     

空间等离子体云的回旋同步辐射

CME在行星际空间传播时, 会导致强磁场、高密度等离子体云的出现. 回旋同步辐射是此类等离子体的一种主要的射电辐射机制, 且携带行星际磁场的重要信息. 本文重点探讨了光深τν ≤1时回旋同步辐射的发射、吸收及极化特性, 包括热电子、非热电子, 投掷角各向同性、投掷角各向异性等离子体云的回旋同步辐射过程的研究分析. 在此基础上, 推导了考虑折射指数情况下, 辐射强度、辐射亮温的表达式.     

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.     

赤道低纬电离层瑞利-泰勒不稳定性初始扰动波数的临界值

在文献[1]推导的基础上将不稳定判据扩展到±30°磁纬之间的低纬地区.为研究初始扰动波数对等离子体泡的影响,分析了λ_min随初始扰动波数的变化规律,选择二分法计算λ_min=1时的临界波数α_c,并分析α_c随经纬度、太阳活动、季节、地方时以及水平东向电场强度的变化.主要结论如下：α_c随经纬度、季节、太阳活动以及地方时的变化规律和等离子体泡及闪烁活动的规律基本一致,α_c越小,等离子体泡越容易产生;水平东向电场增强有利于等离子体泡形成.α_c的值对人工影响电离层时选择最优扰动条件具有一定的指导意义.     

太赫兹波在高速飞行器等离子体鞘套中的传输特性

文章针对临近空间高超声速飞行器的通信黑障问题,对“联盟号”飞船返回舱周围的流场分布进行模拟,根据流场压力、温度分布以及空气离解反应模型建立等离子体鞘套模型,并基于散射矩阵法分析不同飞行速度、不同入射角度下,频率在0～3.5 THz范围的太赫兹波的传输特性。结果表明,不同飞行马赫数及入射角度下,太赫兹波对等离子体鞘套都具有较好的穿透能力,且传输损耗随频率的提高明显降低。该研究对于实现临近空间飞行器的全时通信和实时探测具有重要意义。     

大型混响室高频特性试验研究

文章简要介绍了2163 m3混响室的基本组成及其性能,并针对提高2163 m3混响室声场的高频性能,利用引进的（Ling公司）EPT-200声发生器和（中国常荣公司）ENSG-20000-250声发生器,对混响室的高频段特性进行了试验研究。结果表明：两种声发生器的使用都能有效提高2163 m3混响室的高频性能,其中ENSG-20000-250声发生器的高频性能更为突出。     

等离子体改善平流层螺旋桨气动性能仿真

提出采用介质阻挡放电等离子体提高平流层螺旋桨气动性能的新思路,通过求解三维非定常可压缩N-S方程,考虑介质阻挡放电等离子体体积力模型,仿真研究了这种方法的可行性。研究发现,所研究的螺旋桨工况,对于普通螺旋桨,随着转速的增大,拉力先增大后减小、扭矩和效率逐渐减小;采用等离子体流动控制时,螺旋桨的气动性能得到改善,拉力系数和效率随转速的增大逐渐减小。当螺旋桨前进速度不变,转速逐渐增大时,等离子体对叶素表面流动分离现象的控制效果逐渐减弱,螺旋桨拉力、效率等性能参数的改善效果逐渐减小。     

CME影响下L1点附近等离子体及共生微波爆发的射电辐射机制研究

CME在产生和发展过程中与日冕和行星际介质相互作用并发出不同波长的射电辐射.在研究了无CME时空间等离子体的各种辐射机制基础上,统计分析了1999年2月至1999年8月期间有较大的CME发生情况下,在CME影响下L1拉格朗日点附近等离子体参数发生变化后的射电辐射机制.分析结果表明,其射电辐射机制主要是轫致辐射、微量的回旋辐射和更加微弱的复合辐射.此外,分析讨论了1999年2月至1999年8月期间与CME共生的太阳微波爆发.分析结果表明,与CME共生的是微波逐渐型爆发、尖峰爆发,其辐射机制主要是轫致辐射、回旋共振辐射、等离子体辐射及电子回旋脉泽辐射.