空间站快速充电事件的机理研究

空间站等大型航天器由于采用高压太阳电池阵而引发的 带电问题成为近年来航天器带电研究领域的热点问题. 近年来观测到国际空间站(ISS)在出地影瞬间产生的"快速带电"事件 (也称"异常带电") , 再度引起了对低轨道航天器充电效应的深入研究. "快速带电"事件的特征为, 集中出现在出地影的瞬间, 在几秒内快速上升到较高电位(30—70 V), 然后在几十秒时间内缓慢衰降, 相对高压电池阵本身引起的结构体带电(称为"正常带电", 一般在30 V以下)严重得多. 目前国际上对"快速带电"的研究尚不充分. 本文在Furguson等人机理研究工作的基础上, 首次建立了描述"快速带电"事件的物理模型, 定量揭示了其充电过程的主要机理. 根据该模型对国际空间站的"快速带电"进行计算, 结果与观测到的典型充电脉冲符合, 模型预测的快速带电事件的统计规律也与观测结果基本一致. 关键词： 表面充电 等离子体 空间站 高压太阳电池阵     

超高速空间微小碎片撞击充电材料诱发的放电

空间微小碎片与航天器表面超高速撞击, 能够抛射出等离子体, 在高充电的航天器表面诱发静电放电, 是可能引发航天器异常的一个重要因素. 本文利用等离子体驱动微小碎片加速器对充电材料进行超高速(3 km/s)撞击模拟实验, 通过观测放电脉冲信号来研究因撞击产生的等离子体诱发的放电, 得到较好的实验现象, 初步确认了超高速碎片撞击充电材料诱发放电的机理.     

一种新的航天器外露介质充电模型

为综合考虑高能电子辐射与周围等离子体对航天器外露介质充电的影响,在航天器内带电模型的基础上,通过添加边界充电电流来考虑等离子体与航天器介质表面的相互作用,并统一参考电位为等离子体零电位,建立了航天器外露介质充电模型,给出了新模型的一维稳态解法,并与表面充电模型和深层充电模型进行了对比分析.结果表明:新建模型能够综合考虑表面入射电流、深层沉积电流和传导电流对充电的耦合作用过程,实现外露介质表面和深层耦合充电计算,有利于全面评估航天器外露介质的充电问题.     

空间太阳阵二次放电的模拟实验研究

二次放电是造成空间高压大功率太阳阵功率损失的主要原因.通过地面模拟实验研究，确定 了二次放电阈值电压并监测了二次放电脉冲电流，对高压太阳阵二次放电特性及其击穿机理 进行了讨论.结果表明，高压太阳阵工作电压和电池串间电流的提高增加了高压太阳阵发生 二次放电事件的可能性；通过采用特殊的结构设计和在太阳阵电池串之间涂覆RTV胶，可以 有效抑制二次放电事件的发生. 关键词： 高压太阳阵 空间静电放电 二次放电     

双麦克斯韦分布等离子体对航天器表面的充电效应

空间等离子体在有些情形下,并非单麦克斯韦分布,而是双麦克斯韦分布。为了研究双麦克斯韦分布等离子体对航天器表面的充电效应,基于等离子体动理学理论,建立表面充电平衡方程,综合考虑双麦克斯韦分布等离子体的粒子参数、航天器的单位电容、二次电子发射及光照等因素,得出了双麦克斯韦分布等离子体对航天器表面充电电位的计算表达式,给出了表面充电电位随时间的变化规律。研究结果表明:当等离子体为双麦克斯韦分布时,航天器表面充电电位低于单麦克斯韦分布等离子体环境下的表面充电电位,单麦克斯韦分布的等离子体假设会过高估计航天器表面的充电效应;双麦克斯韦分布的第二分布函数中,对最终的表面充电平衡电位影响较大的主要是离子成分;双麦克斯韦分布等离子体的粒子数密度或温度越高,则表面充电达到平衡所需的时间越长;单位电容仅影响表面充电电位达到稳定所需的时间,对最终的充电平衡电位值影响不大。     

SMILE卫星的表面充电效应

卫星在轨运行时,航天器表面材料与周围的等离子体环境相互作用,会积累电荷产生表面充电效应,严重时将导致静电放电从而影响航天器的运行. SMILE卫星运行在太阳同步轨道和高倾角大椭圆轨道,在轨运行将遭遇多种等离子体环境,产生的表面充电效应将影响卫星在轨安全和科学数据的获取.本文采用spacecraft plasma interaction system软件仿真,建立了复杂精细的三维模型,评估了卫星在磁尾瓣等离子体、太阳风等离子体及地球静止轨道极端恶劣等离子体不同环境中的表面充电风险.仿真结果显示,不同环境下的表面充电电位有差异,但是不会影响科学载荷的数据获取.通过对表面电流的分析发现,二次电子发射在各种等离子体环境中都对表面充电有很大的影响.通过分析阴影区材料表面充电电流,计算得到的结果能够补充氧化铟锡材料二次电子发射系数实验曲线.在光照下,光电子发射在表面充电中占据统治地位.     

等离子体环境非偏置固体表面带电研究

航天器与等离子体环境中的电子、离子相互作用, 表面将出现充放电效应, 对航天器产生负面影响. 表面充电电位对充放电影响至关重要. 综合考虑等离子体中粒子质量、温度及密度, 二次电子效应及非偏置固体的运动速度等因素, 基于气体动理论, 利用粒子的麦克斯韦速度分布函数理论推导得出等离子体环境中非偏置固体表面充电电位一般表达式. 分析了等离子体以及非偏置固体特殊状态下的表达式及一般状态下的表达式, 总结出不同等离子环境、不同运动状态下的表面充电规律. 关键词： 等离子体 非偏置固体 表面充电     

空间站问天舱等离子体原位成像探测技术

等离子体原位成像探测器是中国空间站的第一批舱外空间环境科学载荷,安装在问天舱的舱外暴露平台,将首次在空间站平台上开展电离层等离子体原位、成像、充电电位等多要素综合探测任务.其中,原位探测要素包括空间站轨道等离子体的密度、温度以及问天舱表面电位强度等.成像探测要素包括离子能量、运动方向和成像时间分辨率等.等离子体原位成像探测器采用多传感器的一体化设计,集成了朗缪尔探针、阻滞势分析仪、参考电位计和离子成像仪等技术.其中,离子成像技术是首次应用于我国的空间环境探测领域.等离子体原位成像探测技术在中国科学院国家空间科学中心定标实验室完成了测试验证,探测器已随问天舱成功发射,即将开展中低纬电离层的精细化探测,为完善空间站轨道电离层模型提供等离子体探测数据.通过探测累积长周期的充电电位数据,为研究等离子体对空间站的充电效应,促进空间站充电评估体系的建立提供支持.     

介质环境对铜丝电爆炸制备纳米粉体的影响

为了探究介质环境对电爆炸制备纳米粉体的影响, 搭建了相应的电爆炸实验平台, 以铜丝为例分别在水和不同空气压力下开展了电爆炸制备纳米粉体实验.通过Rogoswki线圈和高压探头分别测试了电爆炸过程中的电流和电压波形图.通过电压、电流及能量沉积特征分析了电爆炸的基本过程以及介质环境在电爆炸过程中的作用.运用透射电子显微镜对爆炸产物进行了粒度分析.研究发现, 介质环境对于电爆炸过程的影响主要表现在汽化化阶段以后, 包括介质对蒸汽膨胀的抑制作用, 介质的电离对于铜丝表面击穿的影响以及其对高温金属蒸汽及等离子体的冷却作用.水中铜丝电爆炸能够制备局部均匀的小尺寸纳米粉体, 粒度多数集中在10–20 nm之间, 但粉体易积聚, 且整体粒度跨越较大.空气中制备的粉体分散良好, 符合对数正态分布, 基本上分布于20–100 nm之间, 平均粒度约为40 nm.     

基于平均二次电子发射系数的航天器表面起电特征分析

为了进一步贴近航天器表面起电环境以得到更加可信的分析结果,针对航天器在恶劣充电环境下的表面起电问题,考虑空间等离子体双麦克斯韦分布情况,建立了基于平均二次电子发射系数的航天器表面起电阈值方程,可在入射电子能量连续分布情况下定量分析航天器表面起电特征,其中双麦分布可更好地描述磁层亚爆期间的恶劣充电环境。经过理论分析,归纳出双麦分布下的两种典型等离子体状态。通过仿真计算,得到了在两种典型等离子体状态下航天器表面电位随等离子体浓度和温度变化的特征。结果表明:电子温度越高,表面负带电电位越高,充电越严重,与此同时,双麦分布下等离子体两种电子组分的浓度比值对带电结果有重要影响。     

嫦娥一号卫星太阳风离子探测器数据分析

探月航天器与月球周围等离子体环境相互作用,表面将出现充放电效应,给航天器带来很多不利影响.表面充电电位对充放电的影响至关重要.评估探月航天器的充放电效应,首先需获得月球周围等离子体环境数据.嫦娥一号上搭载的两台太阳风离子探测器SWIDA/B是用来观测月球200 km轨道附近等离子体环境的探测仪器,获得了月球附近的太阳风速度、密度和温度.本文对2008年6月一个月内太阳风离子探测器SWIDA机获得的离子微分通量进行统计平均,得到太阳风离子微分通量能谱,并计算得到了月球200 km附近的太阳风速度(300.00—600.00 km·s-1)、密度(1—10 cm-3)和温度(1—20 eV).最后采用等效电路模型的方法计算得到了探月航天器表面充电电位范围为-7—-70 V.     

The abnormal influence of the partial solar eclipse on December 24th, 1992, on the time comparisons between atomic clocks

Summary During the partial solar eclipse on Dec. 24th, 1992, time comparisons between atomic clocks were made: direct comparisons between different clocks at one and the same station, clock transport comparisons, GPS comparisons and LOC comparisons. And it is concluded from the observations that solar eclipse exerts an influence on the rate of atomic clocks. Project Supported by the State Science and Technology Commission of China and by the National Natural Foundation of China.     

PASP Plus solar array parasitic current collection flight results

Exposed positive potential surfaces of spacecraft solar cells (interconnects and cell sides) collect electrons from the surrounding plasma. In low-Earth-orbit, this current is a drain on the array power that can be significant for high-power arrays, and this current influences the floating potential of the spacecraft. One objective of the Air Force PASP Plus (Photovoltaic Array Space Power Plus Diagnostics) experiment is an improved understanding of parasitic current collection. We examined the flight data for the arrays facing the ram direction. Overall, the effective current collection area rises about two orders of magnitude as the applied bias rises one order of magnitude, as is typical when snapover plays a role. The collecting area has a weak dependence on plasma density, with larger collecting areas corresponding to lower densities (longer debye length). This dependence on plasma density is stronger for lower densities and weaker for higher densities. There is a large amount of scatter in the measurements, with the current collected under similar conditions varying by up to a factor ten. Further laboratory and flight experiments are needed to determine the cause of the scatter. Even with this ambiguity, PASP Plus results can be used to quantify this effect by spacecraft designers and have already been used to validate an analytic model of this process     

电子辐照下聚合物介质内部放电模型研究

空间电子辐照环境中,聚合物介质充放电现象是威胁航天器安全的重要因素. 传统航天器介质充放电模型仅能分析材料充电过程,缺乏对放电前后介质电位残余情况与放电脉冲强弱的评估. 本文通过引入介质放电电导率,在数值积分 充电模型基础上建立同时描述航天器介质内部充电和放电过程的新模型,并将模型计算结果与实验数据进行比较,验证了所构建的模型. 模型分析结果表明,聚合物介质放电残余电位与放电电流脉冲宽度随着样品电阻率的增加而增大,放电电流强度随着临界电场强度和充电时间的增加而增强,其增幅随着辐照电子束流强度的增加而增大. 关键词： 放电模型 内部放电 电子辐照 航天器介质     

Atomosphere boundary layer height determination and observation from ceilometer measurements over Hefei during the total solar on July 22,2009 eclipse

<正>Using an improved inflexion point method(IIPM),we investigate atmosphere boundary layer(ABL) height evolution over Hefei during the total solar eclipse on July 22,2009.A lidar ceilometer is used in ground-based observations.Estimations of ABL heights before,during,and after the solar eclipse are analyzed using the IIPM.Results indicate that the IIPM,which is less sensitive to background noise,is more suitable in detecting ABL height and temporal evolution.Data demonstrate that the total solar eclipse resultes in a decrease in ABL height,indicating a suppression of turbulence activity,similar to that observed during the sunset hours.Changes in ABL height are associated with a slow change in temperature,indicating a significant weakening of penetrative convection and a time lag between ABL response and the reduction in solar radiation.     

Observations of Acoustic Gravity Waves during the Solar Eclipse of March 20, 2015 in Kaliningrad

Results of observations of atmospheric and ionospheric parameters during the solar eclipse of March 20, 2015 have been described. The observations have been conducted by lidar sensing in the lower atmosphere and analysis of the total electron content (TEC) in the ionosphere in Kaliningrad. Observations at the troposphere altitudes have been conducted using an atmospheric lidar. Ionospheric parameter TEC has been determined according to observations of navigation satellite signals. The spectral analysis of the monitored parameters during the solar eclipse has shown that, in the lower atmosphere and the ionosphere in a period range of 2–20 min, internal gravity waves (IGWs) and infrasonic waves are excited. During the main phase of the eclipse, the major contribution to variations in the parameters of the medium comes from infrasonic vibrations. Changes in the variations in the atmospheric and ionospheric parameters with IGW periods are observed only in the initial and final phases of the eclipse.