航天器带电原理 航天器与空间等离子体的相互作用PDF电子书下载

绪论 地球空间等离子体环境 1

P.1 太阳风 1

P.2 磁层 2

P.3 地磁亚暴 2

P.4 等离子体密度 3

P.5 电离层 3

P.6 极光区 4

P.7 辐射带 5

P.8 空间等离子体环境与航天器带电的相关性 7

参考文献 7

第1章 航天器带电简介 8

1.1 什么是航天器带电？ 8

1.2 航天器充电有哪些效应？ 9

1.3 航天器带电是如何发生的？ 11

1.4 电容充电 12

1.5 其他电流 13

1.6 航天器充电发生在哪儿？ 13

1.7 练习 16

参考文献 17

第2章 像朗缪尔探针的航天器 19

2.1 轨道限制吸引作用 20

2.2 球面的电流收集 20

2.3 圆柱面的电流收集 21

2.4 平面的电流收集 21

2.5 评述 22

2.6 玻尔兹曼排斥因子 22

2.7 蔡尔德-朗缪尔饱和电流 23

2.8 练习 24

参考文献 25

第3章 二次电子和背散射电子 26

3.1 二次电子发射 26

3.2 背散射电子 28

3.3 电子发射的总贡献 28

3.4 评述 30

3.5 与入射角的关系 30

3.6 关于经验公式的评述 31

3.7 练习 31

参考文献 32

第4章 在麦克斯韦等离子体中的航天器充电 33

4.1 速率分布 33

4.2 航天器起始充电临界温度：物理推理 34

4.3 电流平衡 35

4.4 带电水平 37

4.5 轨道限制区的电流平衡方程 38

4.6 与实际卫星数据的比较 39

4.7 练习 40

参考文献 40

第5章 在双麦克斯韦等离子体中的航天器充电 42

5.1 多重根一般理论 42

5.2 双麦克斯韦空间等离子体 43

5.3 航天器电位的三重根状态 43

5.4 三重根状态的物理解释 47

5.5 航天器电位的三重根跳变 48

5.6 迟滞 49

5.7 航天器三重根充电域 50

5.8 练习 54

参考文献 54

第6章 势阱与势垒 55

6.1 引言 55

6.2 势垒与势阱的形成 55

6.3 势垒对电子或离子分布函数的影响 57

6.4 实验数据的解释 58

6.5 由势垒形成的双麦克斯韦分布 58

6.6 自持充电 60

6.7 航天器尾流充电 62

6.8 练习 65

参考文献 65

第7章 航天器在阳光下充电 67

7.1 光电流 67

7.2 表面反射 67

7.3 太阳主谱线 69

7.4 阳光下的航天器可能被充电到负电位吗？ 69

7.5 航天器充电至正电位 70

7.6 负电位航天器的光发射电流 70

7.7 单极-偶极电位 72

7.8 光电子发射电流的入陷比例 74

7.9 单极与偶极的竞争 75

7.10 航天器光照下带电电位的测量 76

7.11 练习 76

参考文献 77

第8章 太空缆索、等离子体接触器和鞘层电离 78

8.1 洛伦兹力 78

8.2 系绳切割环境磁场 78

8.3 裸线和导电系绳 81

8.4 等离子体接触器的浮动电位 82

8.5 鞘层模型 83

8.6 鞘层电离 84

8.7 鞘层电离模型的数值模拟方法 86

8.8 鞘层电离的结果 87

8.9 理论分析与空间实验的比较 88

8.10 练习 89

参考文献 90

第9章 电子束撞击引发的表面带电 91

9.1 电子束的碰撞能量 91

9.2 电子束撞击未带电表面 92

9.3 电子束碰撞初始带负电表面 92

9.4 电子束撞击初始带正电表面 94

9.5 总结 96

9.6 局限性 96

9.7 练习 97

参考文献 97

第10章 电子束发射诱导航天器充电 98

10.1 无束流发射时的电流平衡 98

10.2 电子束发射 99

10.3 正电位充电 101

10.4 评述 102

10.5 练习 103

参考文献 103

第11章 超带电 104

11.1 大束流发射感应充电 104

11.2 超带电 106

11.3 实验结果的物理解释 106

11.4 长杆表面带电 107

11.5 总结 108

11.6 练习 108

参考文献 109

第12章 从航天器的离子束发射 110

12.1 航天器电位的主动控制 110

12.2 离子束的返回 112

12.3 电位减小的下限 113

12.4 空间电荷效应 113

12.5 带电粒子束的电荷交换 115

12.6 在离子束中的化学反应 117

12.7 太阳光下的离子束 118

12.8 练习 119

参考文献 120

第13章 航天器放电 122

13.1 引言 122

13.2 航天器放电的位置 122

13.3 表面放电的相似定律 124

13.4 不等量带电 125

13.5 “刷状火花”放电 126

13.6 帕邢和非帕邢放电 127

13.7 汤逊准则 127

13.8 关于阈值电压的评述 129

13.9 放电时间的演变 129

13.10 放电的实验室观测 130

13.11 流星体或碎片碰撞诱发放电 131

13.12 练习 132

参考文献 132

第14章 高能粒子透入材料 134

14.1 引言 134

14.2 高能带电粒子在固体中的穿透特性 135

14.3 高能带电粒子透入固体的物理过程 135

14.4 带电粒子相互作用的玻尔模型 136

14.5 阻止本领 137

14.6 贝特-布洛赫方程 138

14.7 透入深度和射程 139

14.8 透入深度的近似公式 140

14.9 带电粒子的穿透效应 141

14.10 对航天员的影响 142

14.11 高能带电粒子在材料中透入的科学问题 142

14.12 练习 143

参考文献 144

第15章 航天器异常 145

15.1 引言 145

15.2 表面带电引起的航天器异常 145

15.3 表面放电能量 148

15.4 与空间环境的关系 148

15.5 CRRES卫星介质深层带电的证据 149

15.6 深层介质带电的结论性证据 150

15.7 辐射带Twin卫星上观测到的异常 150

15.8 练习 153

参考文献 154

第16章 介质深层充电 155

16.1 引言 155

16.2 深层介质带电的重要性 155

16.3 高能电子和离子通量 156

16.4 高能电荷透入材料 158

16.5 介质特性 158

16.6 归结于深层介质充电的观察 163

16.7 高电场雪崩电离 164

16.8 相关问题和相关机理 165

16.9 莫特转变 165

16.10 普尔-弗兰凯尔强电场效应 167

16.11 齐纳击穿 168

16.12 电子注量 169

16.13 介质深层带电的临界注量 170

16.14 有泄漏时的电荷密度 171

16.15 关于航天器异常的评述 171

16.16 电子沉积在电子器件内部的效应 172

16.17 练习 173

参考文献 173

第17章 抑制带电的方法 176

17.1 引言 176

17.2 尖角法 177

17.3 热灯丝发射法 178

17.4 导电栅网法 179

17.5 局部表面导电涂层法 179

17.6 高二次电子发射系数法 179

17.7 电子和离子发射法 180

17.8 DSCS带电控制试验 181

17.9 蒸发法 183

17.10 介质深层充电 183

17.11 练习 183

参考文献 184

第18章 流星体简介 186

18.1 尺寸分布 186

18.2 流星雨 187

18.3 流星体速率极限 189

18.4 非雨状流星体 190

18.5 碎片 191

18.6 流星体成分 191

18.7 练习 192

参考文献 192

第19章 流星体碰撞 194

19.1 流星粒子的动能 195

19.2 透入深度 196

19.3 对流星碰撞的防护 198

19.4 流星体屏蔽 199

19.5 流星的碰撞概率 200

19.6 角动量的扰动 201

19.7 中性粒子碰撞产生二次电子和离子 201

19.8 中性粒子碰撞产生等离子体 202

19.9 航天器突发放电的风险 203

19.10 总结 204

19.11 练习 205

参考文献 205

第20章 中性气体释放 208

20.1 电离和复合 208

20.2 临界电离速率 211

20.3 中性束剥离 215

20.4 练习 216

参考文献 216

第21章 补充知识和附录 218

补充知识1：热电子漂移 218

补充知识2：坐标变换 226

补充知识3：麦克斯韦分布的归一化和维数 227

补充知识4：通量积分 228

补充知识5：能量分布 230

补充知识6：鞘淹没 231

补充知识7：PN结 235

补充知识8：概率函数 239

附录1：航天器带电计算软件 239

附录2：在木星和土星上的航天器带电 245

附录3：物理常量和单位变换 249

致谢 251

索引 252

译后记 255