空间等离子体环境中航天器的带电特性

通过简化航天器表面建立了一维粒子层模型,基于静电场理论的Poisson方程、等离子体理论的Boltzmann方程和电动力学的动量方程建立了等离子体鞘层动力学模型.利用模型总结了航天器表面带电粒子运动速度、带电粒子密度、航天器表面电位随充电时间的变化规律,分析了空间等离子体环境参数对航天器表面充电电位的影响.研究结果可为航天器带电防护设计提供一定的理论依据.     

不同轨道航天器表面带电的模拟

针对航天器表面充放电效应带来的影响,基于粒子分室法(PIC),利用SPIS(spacecraft plasma interaction system)模拟了低地球轨道(LEO)和地球同步轨道(GEO)上航天器表面的带电情况,分析了航天器表面充电电位、充电时间、航天器周围等离子体电荷分布等规律.结果显示,由于GEO上等离子体温度高、浓度低,而LEO上等离子体温度低、浓度高,因此,GEO上航天器表面电位远大于LEO上航天器表面电位;航天器的尾迹效应对周围等离子体分布影响显著;由于传统估算公式没有考虑航天器表面电子聚集速度降低的问题,因此,SPIS模拟计算航天器表面电位达到稳定状态的充电时间要比估算值大.     

航天器表面电位主动控制方法可行性的数值仿真分析

目的:为了研究在航天器表面发射电子束、离子束和低温等离子体对航天器表面电位控制的有效性.方法:基于航天器表面带电等效电路模型和电流平衡方程建立了表面电位随时间变化的微分方程,利用该方程以MATLAB为平台编程模拟航天器表面电位在一定时间段内的动态变化,仿真分析发射电子束、离子束控制航天器表面电位的有效性并且分析发射低温等离子体时控制航天器表面电位的可行性.结果:航天器表面发射合适的电子束流和离子束流可以有效降低航天器表面电位,进而分析得到发射低能等离子体时也能有效降低航天器表面电位.结论:在航天器上发射导电粒子束可以降低航天器表面电位,仿真结果对航天器表面电位主动控制技术的研究具有一定指导意义.     

中低轨道航天器表面充电中地磁场的影响及其数值模拟

本文研究地磁场对中低轨道航天器表面充电现象的影响．根据航天飞行器带电机制,选用粒子模型,在粒子轨道跟踪的基础上,建立了时间依赖的粒子推进的计算模型,计算了飞行器表面充电的平衡电位,计算结果与观测吻合．     

空间环境对离体动物细胞的影响

空间环境是指远离地球表面的宇宙环境,它与地球表面环境有所不同,处于其中的动物细胞可能受到各种影响。空间环境中的主要因素包括空间辐射、极端温度、高真空、微磁场以及搭载动物细胞的航天器中的特殊环境——微重力环境。其中,对动物细胞影响最大的是空间辐射和微重力环境。空间辐射作用于动物细胞将直接造成其损伤,影响它的结构和功能;空间微重力条件下,动物细胞的结构、增殖和基因及蛋白质表达均发生明显变异,这些变化大多是适应性的,返回地球表面后能够很快恢复正常。     

混合能量电子辐照聚酰亚胺的带电特性

针对空间中混合电子辐照聚酰亚胺所引起的航天器静电放电异常事件,以及对复杂条件下混合电子辐照聚合物的带电特性仍缺乏了解等问题,提出了符合地球同步轨道电子参考谱分布的混合电子模型。该模型主要讨论了混合电子辐照聚酰亚胺带电过程中的散射电荷分布、空间电荷分布、空间电场分布和聚合物样品参量影响下的空间电位分布。研究结果表明:在平衡态时空间电位随捕获密度和样品厚度的增大而降低,随电子迁移率的增大而升高;样品厚度对空间电位的影响明显大于电子迁移率和捕获密度的影响。     

空间环境对细胞基因表达的影响

空间环境不同于地球表面的任何环境,它强烈的空间辐射、高真空、微磁场以及航天器中的微重力等特殊环境对生物的影响都是人们目前正在探索的领域。空间辐射、微重力通过多种途径影响细胞的基因表达。对空间环境影响肿瘤细胞生物学性状发生改变机制的探讨有助于更深刻地认识肿瘤的发生发展,为攻克肿瘤提供新的思路和方法。     

红外地平仪外热流计算

红外地平仪部分凸出于航天器外表面．除受到太阳辐射、地球反照和红外辐射外,还受到航天器外表面的反射辐射．文中在对包括红外地平仪外表面在内的封闭系统进行辐射分析的基础上,得到红外地平仪外热流的空间有效辐射角系数计算公式;采用蒙特卡洛法,计算了某航天器两个位于不同外表面的红外地平议外凸圆柱体所受的外热流,并讨论了反射辐射对红外地子仪所受外热流的影响     

M/OD失效风险评估系统开发及标准校验

 论述了空间碎片失效风险评估在航天器设计中的重要性,给出了自主开发的空间碎片风险评估系统（MODRAS）总体框架及图形用户界面。MODRAS分为空间碎片风险评估和微流星体风险评估两大模块,每个模块又包括M/OD环境模型、航天器建模、碰撞概率分析、失效概率分析以及航天器防护结构设计等功能模块。除了环境模型模块外,其他各功能模块均为共享模块,即可同时应用于空间碎片风险评估与微流星体风险评估。针对机构间空间碎片协调委员会（IADC）指定的单位立方体、单位球体及简单航天器3种标准工况,将MODRAS分析结果与美国航空航天局的BUMPER系统、欧洲空间局的ESABASE系统、德国MDPANTO系统以及航天五院MODAOST系统等国内外同类软件分析结果进行比较。结果表明,在微流星体环境下,MODRAS与BUMPER程序失效数分析结果相差在4%以内;而在空间碎片环境下,失效数分析结果最大相差8%,校验了MODRAS的分析精度。此外,还给出了3种标准工况遭遇M/OD的表面失效数分布。     

中国载人航天空间环境监测系统的发展

 空间环境是航天器的运行环境,直接关系到航天员和航天器的安全。监测、研究和预报空间环境,是保障航天员、航天器安全的一项重要手段。国内外载人航天工程逐步开展了辐射剂量、带电粒子、轨道大气、等离子体、空间碎片等空间环境参数探测。结合中国载人航天工程发展历程和阶段,着重介绍了中国神舟飞船、目标飞行器的空间环境探测研究情况,提出了后续空间站空间环境探测研究的建议。     

均匀带电球面产生的场强的求解

本文根据叠加原理,求出了均匀带电球面在空间任一点产生的场强,并指出带电导体表面的电场强度有跃变。     

国内科技

我国第一台具有国际先进水平的特大型航天器空间环境试验设备日前在北京通过鉴定。 大型航天器空间环境试验设备是模拟太空真空、冷黑、太阳辐射环境,提供航天器做热平衡、热真空试验等,是     

航天器低重力模拟试验平台三维随动系统

为验证航天器处于低重力环境条件下在目标天体表面着陆起飞的适应能力，三维随动系统采用大范围随动和快速精确跟踪两级联动驱动技术构建了低重力环境，在地面进行航天器的着陆起飞试验。该试验方法克服了试验空间要求大、控制精度要求高等技术指标难点，解决了三维随动系统多自由度联动，大惯量机电设备高速、高精度协同控制等多项关键技术难题。通过并联索系统驱动技术控制快速随动平台运动，完成对航天器试验过程中的大范围随动跟踪；通过快速随动平台装置对航天器施加高精度的吊绳拉力控制，并在水平方向上跟随航天器运动，同时保持吊绳绝对倾角要求；通过提高快速随动平台的水平刚度，从而克服两级联动设备耦合晃动对航天器试验的不利影响。系统成功应用于中国探月工程中嫦娥三号、嫦娥五号和火星探测任务中天问一号航天器在低重力条件下悬停、避障、缓速下降和着陆，以及起飞等一系列地面真实工况验证试验，为航天器的综合性能参数验证与优化提供了关键技术手段。     

带电沙粒的散射场及其对电磁波传播的影响

基于Rayleigh粒子散射场理论, 通过求解带电球形粒子的电磁波散射 场, 得到不同能见度情况下沙尘暴对电磁波传播的影响. 由于考虑了沙尘暴中沙粒带电因素, 能在一定情况下使得所预测的沙尘暴对无线电波的衰减值大大提高并有可能与实验测试结果相一致. 结果还表明: 当沙粒表面全部均匀带电时, 所得的带电沙粒对电磁波衰减的影响与不带电的沙粒一样. 由此证实: 沙粒带电是以表面部分区域带电的方式存在的.     

近地空间环境

近地空间环境（如热层、电离层）对空间系统的危害很大。航天器电源系统必须在从发射到寿命终结的整个任务阶段经受住空间环境的考验,达到各项性能指标要求。为达到此目的,空间研究机构如NASA等已对通用设计准则进行研究并形成了文件。太阳电池阵直接暴露在空间环境中,故极易损坏。事实上,多数情况下,太阳电池阵的损坏情况决定了航天器的寿命。     

用叠加原理求解无限长均匀带电圆柱面产生的场强

根据叠加原理。求出了均匀带电圆柱面在空间任一点产生的场强。并指出带电圆柱面表面的电场强度有跃变．     

导体表面带电的均匀性研究

分析了带电导体表面的电荷分布。从电荷分布的微观解释和导体表面的特性出发,对带电导体表面电荷及分布做出了定性分析,并估算出任何带电体的带电层厚度均不超过一个原子的线度。根据带电导体与电介质的特性,给出了带电导体表面电荷与表面外电场间的定量关系式,并进行了详细地计算讨论。进而得出,无论是怎样的带电体,都至少有2个带电表面,不存在理论分析中二维度的纯数学带电面。现实中的任意带电体,仅有宏观意义上的均匀带电表面,而微观上是不存在均匀性的。     

在轨航天器空间几何遮挡算法

航天器空间几何遮挡算法是空间碎片风险评估的关键环节,遮挡算法的正确性对评估精度影响显著.针对空间碎片碰撞风险评估中航天器几何遮挡问题,基于计算机图形学Robefls算法和Z缓冲器算法,建立了一种算法简单、精度高、通用性强的几何遮挡处理方法及算法实现.针对航天器结构比较复杂的特点,提出了先对航天器实现舱段分解,在消除被遮挡面后,再进行合并的遮挡处理原则,并建立了航天器结构空间几何遮挡理论模型及算法流程.采用该算法对IADC规定的简单航天器标准工况进行了遮挡处理分析,得出了遮挡处理后不同方向下航天器的暴露面积.结果表明.不同方向下的航天器暴露面积是不同的,遮挡处理后IADC规定的简单航天器最小暴露面积仅为原来的38.91%.最大也只有原来的55.27%.可见,在不同运行姿态下,航天器暴露面积差别很大,改变航天器飞行路线及运行姿态可有效减少空间碎片的碰撞风险.     

月球表面环境综合模拟系统的设想

相比于环绕地球飞行的卫星或载人飞船，探月航天器面临的空间环境更为复杂和严酷。月球表面的环境对登月飞船、月球车的环境适应性及可靠性提出了极为严格的要求。文章就月球表面综合环境模拟系统进行了初步的系统设计。该系统可实现月表尘埃、地形地貌、承载能力及摩擦效应、真空、温度交替变化等环境因素的综合模拟，可为登月飞船及月球车的设计、优化以及最终的系统验证提供试验平台。     

带电沙尘对微波传播特性的影响

根据Rayleigh近似下带电球形粒子的前向散射振幅函数,给出了指数分布模型下的带电沙尘粒子引起微波的衰减和相移计算模型,并对其正确性经行了检验。仿真结果表明,带电沙粒比不带电沙粒对微波信号衰减的影响明显增大,带电沙粒所带表面电荷越集中,对微波的衰减影响越大,且衰减随能见度的增大而减小;电磁波频率、沙尘的含水量及所带电荷的荷质比对衰减和相移影响明显。