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.     

带电导体表面的电场强度

带电导体表面的电场强度有突变,本文论述了导体表面上一点的场强为σ/2ε0,即为导体外场强大小的一半。     

多模块航天器转移轨道优化设计

轨道动力学是适用于全局优化的众多应用领域之一。着眼于分布式航天器转移轨道优化,提出了所有航天器模块连续地从停泊轨道转移到目标轨道,并同时保持相对位置的方案。最优控制问题已经确定。性能指标的选取标准是在有限的燃料下将总体轨道转移时间降到最低。总体轨道转移时间是包括消除航天器之间在停泊轨道上的相位差耗费时间和所有模块长距离轨道转移时间之和。当选取位置和速度作为状态时,最优问题就是一个非常复杂的最优控制问题。然而,通过给出合适的常值状态参量,上述问题就会转变成静态参数最优问题。最终采用基于Matlab优化工具拟牛顿方法的最优化算法解决了这个参数最优化问题。当初始估计良好的情况下该最优化算法能够迅速收敛。另一方面,轨道动力学推力假设能够获得最初估计值。仿真结果证明了多模块航天器的轨道设计策略是实用的,同时证明该最优化算法是有效的。     

电晕带电聚丙烯薄膜驻极体表面带电特性的实验研究

本文对电晕带电的聚丙烯驻极体制作中的电特性作了研究。实验表明正、负电晕极化的充电电流的变化规律是不同的。同时还发现在正电晕极化充电处理过的试样表面由于离子流的轰击产生了化学变化。这种化学变化的结果出现了一些可作为电荷俘获中心的物质。利用热刺激电流法和红外光谱分析可加以证实。这个特性的研究对驻极体带电机理有着重要关系。     

飞向Halo轨道的太阳帆航天器轨迹优化设计

研究太阳帆航天器从地球同步轨道飞向日-地第2Lagrange(L2)点Halo轨道时其转移并入轨的轨迹优化设计问题。提出了分3阶段优化设计的方法:首先调整航天器逃离地球的飞行轨迹,使其比较接近目标Halo轨道的不变流形;再借助不变流形,用遗传算法求解相应的最优控制,使其转移到目标Halo轨道的不变流形上;最后航天器将沿流形飞行完成入轨。数值仿真结果表明,提出的方法可以得到相当好的转移轨道。由此显示,将转移轨道分为若干阶段,借助不变流形,用遗传算法求解最优控制问题的轨道优化设计方法对于此类小推力变轨问题是切实可行的。     

飞向Halo轨道的太阳帆航天器轨迹优化设计

研究了太阳帆航天器从地球同步轨道飞向日-地第2Lagrange(L2)点Halo轨道时其转移并入轨的轨迹优化设计问题。提出了分3阶段优化设计的方法:首先调整航天器逃离地球的飞行轨迹,使其比较接近目标Halo轨道的不变流形;再借助不变流形,用遗传算法求解相应的最优控制,使其转移到目标Halo轨道的不变流形上;最后航天器将沿流形飞行完成入轨。数值仿真结果表明,提出的方法可以得到相当好的转移轨道。由此显示:将转移轨道分为若干阶段,借助不变流形,用遗传算法求解最优控制问题的轨道优化设计方法对于此类小推力变轨问题是切实可行的。     

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。     

带电导体表面电特征的讨论

孤立带电导体在静电平衡状态下的表面电特征,是电磁学教学中讨论的主要问题之一,但与此有关的讨论一般较欠缺,容易造成学生的误解,影响学生对一些基本概念的理解与掌握。针对这个问题,本文先应用功能原理,通过分析表面电荷层的厚度确立电荷分布的面电荷模型,从此出发讨论电荷面密度与曲率的各种关系;计算表面上的场强和表面所受的电力,并用虚功原理证明受力方程成立.     

低轨道航天器姿态跟踪机动控制研究

某些低轨道航天器在执行任务时 ,需要通过姿态控制系统使其有效载荷 (如星载相机 )在一段时间里连续指向地面或空间的给定目标。文中研究了带 3个反作用飞轮的低轨道航天器的姿态跟踪开展问题。首先根据刚体运动学知识推导出航天器的参考姿态角、参考角速度和参考角加速度表达式 ,然后基于卫星航天器姿态动力学给出了 3个互相垂直安装的反作用飞轮的控制律 ,并利用 L yapunov稳定性理论证明了闭环系统的渐近稳定性。最后通过数值仿真计算验证了控制算法的正确性     

不同浓度表面活性剂聚集形态的分子动力学模拟

用分子动力学的方法,模拟了十三烷基甲苯磺酸钠在不同浓度下油水体系的胶团形状,发现在临界胶团浓度以上,随浓度的增加,依次自发形成从球状胶团、棒状胶团、层状胶团到反胶束结构的各种聚集体。并用扩散系数数值与直观模拟结果相对应,发现扩散系数能很好地表征表面活性剂溶液的自组装情况。     

任意带电孤立导体表面电荷分布公式

给出了任意几何形状带电绵地体在静电平衡条件下的面电荷密度分布公式,分析了公式的物理意义及适用范围。     

带电导体表面的场强和场力

本文从静电平衡条件下导体表面电荷实际上存在纵深分布的情况出发,通过特例,定量讨论了一般电磁学教材未曾触及的导体表面场强和场力问题。并对所得结果进行了分析和推广。     

傅科摆轨道的微机模拟

本文利用速度、加速度的定义，对傅科摆轨道进行了微机模拟，给出了具体、直观、完整的轨道图像。从而澄清了现行教材中对傅科摆轨道图像的模糊认识，并在教学中也收到了很好的效果。     

基于Bayes算法估计的航天器轨道确定方法研究

介绍了卫星轨道动力学模型和观测模型,建立了卫星轨道确定算法,推导了在已知初始历元某一类轨道根数的先验信息下的Bayes估计算法,并通过仿真实验证明了算法的可行性。理论推导和仿真证明,该算法能有效利用历史数据的先验信息,缩短定轨迭代时间,提高轨道初值确定精度。     

地球静电场对带电卫星的轨道要素的摄动影响

利用摄动理论研究了带电卫星在地球静电场中做椭园轨道运动时静电场对轨道要素的摄动影响，研究结果表明，地球静电场对带电卫星的轨道半径轴，偏心率和近地点经度只有周期摄动而无长期摄动，但对历元平经度和平近点角不仅有周期摄动，而且还有长期摄动影响，对轨道倾角和升交点经度没有摄动影响。     

带电聚合物刷的分子动力学模拟和研究

主要介绍通过分子动力学模拟来研究带电聚合物刷在水溶液和盐溶液中的结构性质，分别给出不同吸附密度下的单体密度，补偿离子分布图。通过模拟得到的刷子高度与通过新标度理论得到的高度值吻合的很好。验证了在渗透区，吸附密度对刷子的高度是存在影响的，并讨论了在同一吸附密度下，Debye长度对刷子结构的影响，刷子的高度随着Debye长度的增大而变大，进而达到通过盐离子浓度来控制刷子结构的目的。     

电磁场中带电粒子束运动的力学模拟

研究以不同初速度进入互相垂直的匀强磁场和均强电场中的带电粒子束的运动情形，并同相似的力学运动相比拟，建立了直观的力学模型。