微阴极电弧推力器羽流探针诊断研究

微阴极电弧推力器（micro-cathode arc thruster,μCAT）具备功率低和结构简单的特点,能够满足微纳卫星的任务需求,具有良好的发展前景。μCAT羽流的诊断可以揭示推力器的加速机理,对提高其性能具有重要意义。利用朗缪尔三探针对μCAT羽流进行诊断,得到了μCAT羽流不同位置的电子温度、电子密度和离子速度等羽流特性,研究了外加磁场、充电时间和阴极材料对羽流特性的影响。研究结果表明,μCAT放电初期产生的等离子体电子温度较高,密度较大;随着等离子体向下游运动,电子温度和电子密度降低,离子速度增大;外加磁场的磁感应强度越强,电子温度和离子速度越高,电子密度有所降低;磁场位置适当向推力器下游平移,能够有效提高推力器中轴线的电子密度;μCAT充电时间越长,电子温度、电子密度和离子速度越大;相比于CuW和AgW阴极,Ti阴极羽流的电子温度更高,电子密度更低。     

探针测定流场的水动力学问题

研究探针测定水流场针孔压力测量反应时间的影响因素,给出探针测试系统合理参数,分析探针杆水力共振和受水绕流阻力挠曲的影响,提出相应对策,以提高测试精度。     

Remote upgrading of a space-borne instrument

The main purposes of experiment “Obstanovka” (“Environment” in Russian) consisting of several instruments are to measure a set of electromagnetic and plasma phenomena characterizing the space weather conditions, and to evaluate how such a big and highly energy consuming body as the International Space Station disturbs the surrounding plasma, and how the station itself is charged due to the operation of so many instruments, solar batteries, life supporting devices, etc. Two identical Langmuir electrostatic probes are included in the experiment “Obstanovka”. In this paper the Langmuir probes for “Obstanovka” experiment are described, including the choice of geometry (spherical or cylindrical), a more reliable method for the sweep voltage generation, an adaptive algorithm for the probe’s operation. Special attention is paid to the possibility for remote upgrading of the instrument from the ground using the standard communication channels.     

燃烧型喷流等离子体发生器及其电子密度诊断实验研究(英文)

以微型固体火箭发动机为模型,根据等离子体物理学和空气动力学,研制出燃烧型喷流等离子体发生器.利用朗缪尔探针阵列研究发生器喷流流场中电子密度轴向和截面的分布;在处理探针测量数据时,采用由带电粒子连续性方程和Poisson方程得到的朗缪尔探针连续流理论模型.实验结果表明:发生器产生的喷流流场为非均匀等离子体流场,流场中存在大量的自由电子和离子,喷流中心的电子密度最大超过4×1012cm-3.喷流等离子体发生器是一种非常有发展前景的飞行器隐身等离子体产生技术.     

Langmuir双探针测量Hall推力器羽流特性

应用Langmu ir双探针测量了距离Hall推力器出口30~100 cm的羽流特性。实验中真空舱压力保持在5×10-4~2×10-3Pa之间。实验证明,电子温度和数密度随着角度和轴向距离的变化而变化,但羽流中远场的电子温度变化幅度很小,基本稳定在0.455 eV左右;电子数密度随着与轴向距离和中心轴夹角的增加而减小。实验结果可为高性能的Hall推力器设计提供参考依据,并为等离子体羽流的数值模拟提供输入条件和验证依据。     

Study of backward propagating Langmuir waves with PIC simulation

The conversion of Langmuir waves into electromagnetic radiations is an important mechanism of solar type III bursts. Langmuir waves can be easily excited by electron beam instability, and they can be converted into backward propagating Langmuir waves by wave–wave interaction. Generally, the backward propagating Langmuir waves are very important for the second harmonic emission of solar type III bursts. In this work, we pay particular attention to the mechanism of the backward propagating Langmuir waves by particle in cell (PIC) simulations. It is confirmed that the ions play a key role in exiting the backward propagating Langmuir waves. Moreover, the electron beam can hardly generated the backward propagating Langmuir waves directly, but may directly amplify the second harmonic Langmuir waves.     

俄罗斯“火星—96”探测器

该文主要叙述俄罗斯“火星—96”探测器的飞行过程,着陆器在火星上的着陆过程以及穿透器的工作情况。     

航天器外表面导电面积对朗缪尔探针科学探测的影响

朗缪尔探针的科学探测会受到航天器外表面导电面积与朗缪尔探针传感器有效面积之比大小的影响。如果航天器的外表面导电面积不足够大,朗缪尔探针以扫描电压模式工作时,就会造成航天器地电位的扰动,进而导致朗缪尔探针测量结果的偏差。分析了此问题的物理原理,并进行了相应的理论计算。子午工程探空火箭有效载荷朗缪尔探针在进行科学探测的同时,测量了火箭外表面导电面积与朗缪尔探针传感器有效面积之比不足造成的扰动,测量结果与理论分析基本一致。     

基于LabVIEW的快速往复朗缪尔探针诊断系统

使用朗缪尔探针诊断法获得电推力器喷口位置等离子体的状态参数时,探针在喷口位置停留时间过长造成探针被等离子体流烧坏.以LabVIEW为开发平台研制了一种精确定位的快速往复运动诊断系统.该系统能实现探针迅速推进到喷口位置,停留极短时间保证探针能正常完成电流电压数据采集,最后快速的退出到起始位置,避免探针烧坏.与传统的朗缪尔探针诊断系统测量霍尔推力器羽流区等离子体状态相比,该系统自动化程度高,探针采集喷口位置的数据更能反映等离子体的真实状态.     

太阳风里高能电子自发辐射的Langmuir波

本文讨论太阳风里太阳耀班高能电子产生的Langmuir波的自发辐射。理论估计得出,在时间尺度γ_km-1内,Langmuir波自发辐射的电场幅值约为10-3-10-2mV/m(依赖于高能电子速度分布的具体形式),这里γ_km为在波数k处的峰增长率。此理论结果比飞船在太阳风里的观测值低2-3个数量级。因此认为,太阳风里自发辐射产生的Langmuir波辐射是可以忽略的。