空间碎片的温度特性分析

对空间碎片温度特性的分析,是利用红外传感器探测空间碎片的基础,也是研究航天器在轨安全的重要内容。文章对空间碎片接收不同辐射进行全面分析,研究其在轨运行情况,建立热平衡方程,完成对不同时刻其温度变化的计算,并绘制出温度变化曲线。结果表明空间碎片在轨道上不同位置有不同的红外辐射特性。该研究对利用天基空间探测器进行空间碎片的检测、识别,以及航天器的规避有参考意义。     

高能X射线辐照材料的SPH数值模拟

高能脉冲X射线辐照材料时,能量沉积会使材料表层发生气化,并在材料内部形成高压热击波。目前一般采用差分方法对高压热击波过程进行数值模拟。文章尝试采用光滑粒子流体动力学（SPH）方法对X射线辐照材料进行数值模拟,由于材料表层的气化膨胀所致,膨胀后的粒子体积是原来的几十倍甚至上百倍,产生粒子大变形的粒子穿透现象;分析了产生粒子穿透现象的主要原因是气化边界处密度计算公式不合适所致,为此对密度计算公式进行了改进,并开展了基于改进密度计算公式的两种方法的数值模拟,两种方法的计算结果比较一致。     

上面级在发射轨道的辐射外热流分析

研究发射轨道的外热流是进行火箭上面级和卫星热控设计的基础。文章给出了基于一组轨道和姿态参数的太阳矢量与地球矢量的计算方法。针对圆柱外形的上面级,分析了其发射轨道外热流的变化规律,利用该计算方法计算了太阳矢量,而太阳矢量在长时间滑行段相对固定,太阳矢量和受晒因子随发射时间而发生大幅度的变化,使得外热流工况变得非常复杂。通过对太阳定姿且绕箭体纵轴慢旋,可改善火箭上面级的飞行热环境,简化卫星和上面级的热控系统设计。     

高压太阳电池阵静电放电产生脉冲信号的特性研究

研究高压太阳电池阵静电放电产生脉冲信号的特性,有助于深入了解太阳电池阵充放电形成机制。在试验中,利用电子枪模拟GEO空间带电环境,辐照太阳电池样品表面。利用电流探头CT-2、单极子天线和数字存储示波器测量静电放电所产生的脉冲电流、辐射电场并记录其波形。试验结果表明:太阳电池在静电放电过程中产生了脉冲宽度为几μs的瞬态电流,其峰值幅度为几A;辐射电场的脉冲信号持续时间几百ns至几个μs,其峰值幅度达数百V/m。脉冲信号的时域特征表现为脉冲群,其波形具有陡峭的前沿,能量分布的频率范围主要集中在0.1~50 MHz之间。最后根据上述研究对在轨静电放电测试仪的设计提出建议。     

双锥—圆筒红外辐射源特性的蒙特卡罗解

本文考虑了红外辐射源腔内的镜反射成份,采用镜-漫混合反射模式,用蒙特卡罗法求定空腔的定向有效发射率。在通解的数学模型基础上,还针对500K双锥-圆筒热管空腔求得其典型解,分析了空腔辐射特性与锥角的关系。利用本文提供的方法也可计算其他腔形的辐射特性。     

适用于微纳卫星的微型电离层光学探测器

文章介绍了质量小、体积小的微型电离层光学探测器技术,给出了探测器的探测原理和设计方案,通过探测原子氧远紫外夜气辉（136.5 nm）辐射强度,反演电离层总电子含量（TEC）。采用轻量化铝反射镜、抗干扰电荷前放设计,实现反射镜、工业级远紫外探测器、电子学的一体化和小型化,研制出适用于微纳卫星的1 kg量级微型空间电离层光学探测器。该型探测器能够利用微纳星群多种轨道搭载,可获得丰富数据的优势,获取全球电离层高时空分辨率总电子含量分布,为未来实现卫星编队探测提供载荷研制基础。     

Manned exploration and exploitation of solar system: Passive and active shielding for protecting astronauts from ionizing radiation—A short overview

In deep space manned missions for the exploration and exploitation of celestial bodies of Solar System astronauts are not shielded by the terrestrial magnetic field and must be protected against the action of Solar Cosmic Rays (SCRs) and Galactic Cosmic Rays (GCRs). SCRs are sporadically emitted, and in very rare but possible events, their fluence can be so high to be lethal to a unprotected crew. Their relatively low energy allows us to conceive fully passive shields, also if active systems can somewhat reduce the needed mass penalty. GCRs continuously flow without intensity peaks, and are dangerous to the health and operability of the crew in long duration (>1year) missions. Their very high energy excludes the possible use of passive systems, so that recourse must be made to electromagnetic fields for preventing ionizing particles to reach the habitat where astronauts spend most of their living and working time. A short overview is presented of the many ideas developed in last decades of last century; ideas are mainly based on very intense electrostatic shields, flowing plasma bubbles, or enormous superconducting coil systems for producing high magnetic fields. In the first decade of this century the problem began to be afforded in more realistic scenarios, taking into account the present and foreseeable possibilities of launchers (payload mass, diameter and length of the shroud of the rocket, etc.) and of assembling and/or inflating structures in space. Driving parameters are the volume of the habitat to be protected and the level of mitigation of the radiation dose to be guaranteed to the crew. Superconducting magnet systems based on multi-solenoid complexes or on one huge magnetic torus surrounding the habitat are being evaluated for defining the needed parameters: masses, mechanical structures for supporting the huge magnetic forces, needed equipments and safety systems. Technological tests are in preparation or planned for improving density of the current, lightness and stability, to increase working temperature of superconducting cables, and for finding light supporting structures and suitable safety architectures, delineating a possible development program for affording this difficult problem.     

气膜孔排布对排气系统中心锥冷却和红外辐射特性的影响

运用计算流体力学/红外辐射(CFD/IR)的数值模拟方法,以涡扇发动机排气系统为原型,对中心锥表面气膜冷却方案进行了数值研究,并揭示了中心锥冷却对红外辐射特征的作用效果.研究表明:气膜冷却中心锥可有效降低中心锥表面的温度,抑制排气系统在0°~15°范围内的红外辐射.在所研究的诸多方案中,与无冷却的涡扇排气系统相比,中心锥表面温度可以降低282K,0°方向上可降低总体红外辐射约57%.      

高温下加热/冷却管内参与性介质的辐射与对流耦合换热研究

本文通过数值模拟方法研究了高温下加热/冷却管内层流充分发展流动的参与性介质热起始段的辐射与对流耦合换热。采用离散坐标法求解圆柱坐标系下的非线性积分微分辐射传递方程,采用有限差分法求解辐射与对流的耦合换热能量方程。通过计算,分析了不同壁温及入口温度下,介质导热系数、壁面发射率、介质散射反照率及散射相函数等因素对局部努谢尔数、壁面热流密度及有效加热/冷却长度的影响,并同时采用努谢尔数和壁面热流密度评价了耦合换热中辐射对对流换热的影响。