微小空间碎片撞击诱发放电效应研究

李宏伟; 韩建伟; 蔡明辉; 吴逢时

doi:10.7498/aps.62.229601

摘要

微小空间碎片超高速撞击航天器表面, 能够抛射出高密度的等离子体云团, 如果撞击发生在航天器的高充电表面或带电部件等敏感区域, 撞击等离子体将会诱发放电, 该机制已经引起了广泛的关注, 但是相关研究还十分欠缺. 本文利用等离子体驱动微小碎片加速器加速200 μm的微粒, 通过模拟实验开展微小空间碎片撞击诱发放电的研究, 获得了典型的实验结果, 对撞击诱发放电信号的特征进行了分析.

关键词:

微小空间碎片 /
撞击诱发放电

Small space debris impact the surface of spacecraft frequently at a velocity of about 10 km/s, thereby creating plasma cloud clusters during the impact. If the impact happens in the area with high voltage, then the plasma can induce discharge. This mechanism of spacecraft discharging has been widely accepted but research about it is rare. In this paper we present the experimental results of 200 micron glass ball particles impact induced discharge carried out on a plasma drag small space debris accelerator. The experimental results and characteristics of the discharging signals are also analyzed in this paper.

Keywords:

small space debris /
impact inducing discharge

作者及机构信息

1.
中国科学院空间科学与应用研究中心, 北京 100190

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 41174263)资助的课题

Authors and contacts

1.
Center for Space Science and Applied Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 41174163).

参考文献

[1]	Li H W, Han J W, Huang J G, Cai M H, Li X Y, Gao Z X 2010 Acta Phys. Sin. 59 1385 (in Chinese) [李宏伟, 韩建伟, 黄建国, 蔡明辉, 李小银, 高著秀 2010 59 1385]
[2]	Steve R B, Frank R 1999 International Journal of Impact Engineering 23 67
[3]	Alexandre E P 2002 IEEE Trans. Plasma Sci. 30 2102
[4]	Gerhard D 2008 Adv. Space Res. 41 1123
[5]	Lee N, Close S, Lauben D, Linscott I, Goel A, Johnson T, Yee J, Fletcher A, Srama R, Bugiel S, Mocker A, Colestock P, Green S 2012 Int. J. Impact Eng. 44 40
[6]	David A C, Peter H S 1999 Int. J. Impact Eng. 23 169
[7]	Quan R H, Zhang Z L, Han J W, Huang J G, Yan X J 2009 Acta Phys. Sin. 58 1206 (in Chinese) [全荣辉, 张振龙, 韩建伟, 黄建国,闫小娟 2009 58 1206]
[8]	Cao M, Wang F, Liu J, Zhang H B 2012 Chin. Phys. B 21 127901
[9]	Foschini L 1998 Europhys. Lett. 43 226
[10]	Levy L, Mandeville J C, Siguler J M, Reulet R, Sarrail D, Catani J P, Gerlach L 1997 IEEE Trans. Nuclear Sci. 44 2201
[11]	Carolyn K P, Henry B G, Whittlesey A C, Stevens N J 1984 NASA, Technical Paper 2361
[12]	European Cooperation for Space Standardization 2008 ECSS-E-ST-20-06C Spacecraft Charging
[13]	Michael G R 2011 NASA-Handbook-4002a
[14]	Huang J G, Han J W 2010 Acta Phys. Sin. 59 2907 (in Chinese) [黄建国, 韩建伟 2010 59 2907]
[15]	Henry B G, Sigrid C 2012 12th spacecraft charging techology conference Kitakyushu, Janpan, May 14–18, 2012
[16]	Gao Z X, Li H W, Cai M H, Liu D Q, Huang J G, Han J W 2012 Acta Phys. Sin. 61 039601 (in Chinese) [高著秀, 李宏伟, 蔡明辉, 刘丹秋, 黄建国, 韩建伟 2012 61 039601]
[17]	Marvin H T, Simon P W, Michael G B, Randall K B 2000 Earth, Moon Planets 82 27
[18]	Akahoshi Y, Nakamura T, Fukushige S, Furusawa N, Kusunoki S, Machida Y, Koura T, Watanabe K, Hosoda S, Fujita T, Cho M 2008 Int. J. Impact Eng. 35 1678
[19]	Harano T, Machida Y, Fukushige S, Koura T, Hosoda S, Cho M, Akahoshi Y 2006 Int. J. Impact Eng. 33 326
[20]	Fukushige S A, Watanabe Y K, Nagasaki T, Sugawara K, Koura T, Cho M 2008 IEEE Trans. Plasma Sci. 36 2434
[21]	Tang E L, Tang W F, Xiang S H, Li L X, Zhang W, Yu H, Zhao X Y 2011 High Power Laser Part. Beams 23 229 (in Chinese)[唐恩凌, 唐伟富, 相升海, 李乐新, 张薇, 于辉, 赵新颖 2011强激光与粒子束 23 229]
[22]	Tang E L, Zhang Q M, Zhang J 2008 J. Projectiles, Rockets Missiles Guid. 28 110 (in Chinese) [唐恩凌, 张庆明, 张健 2008 弹箭与制导学报 28 110]
[23]	Huang J G, Han J W, Li H W, Cai M H, Li X Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 7950 (in Chinese) [黄建国, 韩建伟, 李宏伟, 蔡明辉, 李小银 2008 57 7950]
[24]	Han J W, Zhang Z L, Huang J G, Li X Y, Chen Z F, Quan R H, Li H W 2006 Spacer. Envir. Eng. 23 205 (in Chinese) [韩建伟, 张振龙, 黄建国, 李小银, 陈赵峰, 全荣辉, 李宏伟 2006 航天器环境工程学报 23 205]
[25]	Zhang Z L, Han J W, Quan R H, Li H W, Huang J G, Li X Y, Cai M H 2007 4th China Space Debris Conference Nanjing, China, November 5–8, 2007 (in Chinese)[张振龙, 韩建伟, 全荣辉, 李宏伟, 黄建国, 李小银, 蔡明辉 2007 第四届全国空间碎片专题研讨会, 中国南京, 5–8 2007]

施引文献

[1]	Li H W, Han J W, Huang J G, Cai M H, Li X Y, Gao Z X 2010 Acta Phys. Sin. 59 1385 (in Chinese) [李宏伟, 韩建伟, 黄建国, 蔡明辉, 李小银, 高著秀 2010 59 1385]
[2]	Steve R B, Frank R 1999 International Journal of Impact Engineering 23 67
[3]	Alexandre E P 2002 IEEE Trans. Plasma Sci. 30 2102
[4]	Gerhard D 2008 Adv. Space Res. 41 1123
[5]	Lee N, Close S, Lauben D, Linscott I, Goel A, Johnson T, Yee J, Fletcher A, Srama R, Bugiel S, Mocker A, Colestock P, Green S 2012 Int. J. Impact Eng. 44 40
[6]	David A C, Peter H S 1999 Int. J. Impact Eng. 23 169
[7]	Quan R H, Zhang Z L, Han J W, Huang J G, Yan X J 2009 Acta Phys. Sin. 58 1206 (in Chinese) [全荣辉, 张振龙, 韩建伟, 黄建国,闫小娟 2009 58 1206]
[8]	Cao M, Wang F, Liu J, Zhang H B 2012 Chin. Phys. B 21 127901
[9]	Foschini L 1998 Europhys. Lett. 43 226
[10]	Levy L, Mandeville J C, Siguler J M, Reulet R, Sarrail D, Catani J P, Gerlach L 1997 IEEE Trans. Nuclear Sci. 44 2201
[11]	Carolyn K P, Henry B G, Whittlesey A C, Stevens N J 1984 NASA, Technical Paper 2361
[12]	European Cooperation for Space Standardization 2008 ECSS-E-ST-20-06C Spacecraft Charging
[13]	Michael G R 2011 NASA-Handbook-4002a
[14]	Huang J G, Han J W 2010 Acta Phys. Sin. 59 2907 (in Chinese) [黄建国, 韩建伟 2010 59 2907]
[15]	Henry B G, Sigrid C 2012 12th spacecraft charging techology conference Kitakyushu, Janpan, May 14–18, 2012
[16]	Gao Z X, Li H W, Cai M H, Liu D Q, Huang J G, Han J W 2012 Acta Phys. Sin. 61 039601 (in Chinese) [高著秀, 李宏伟, 蔡明辉, 刘丹秋, 黄建国, 韩建伟 2012 61 039601]
[17]	Marvin H T, Simon P W, Michael G B, Randall K B 2000 Earth, Moon Planets 82 27
[18]	Akahoshi Y, Nakamura T, Fukushige S, Furusawa N, Kusunoki S, Machida Y, Koura T, Watanabe K, Hosoda S, Fujita T, Cho M 2008 Int. J. Impact Eng. 35 1678
[19]	Harano T, Machida Y, Fukushige S, Koura T, Hosoda S, Cho M, Akahoshi Y 2006 Int. J. Impact Eng. 33 326
[20]	Fukushige S A, Watanabe Y K, Nagasaki T, Sugawara K, Koura T, Cho M 2008 IEEE Trans. Plasma Sci. 36 2434
[21]	Tang E L, Tang W F, Xiang S H, Li L X, Zhang W, Yu H, Zhao X Y 2011 High Power Laser Part. Beams 23 229 (in Chinese)[唐恩凌, 唐伟富, 相升海, 李乐新, 张薇, 于辉, 赵新颖 2011强激光与粒子束 23 229]
[22]	Tang E L, Zhang Q M, Zhang J 2008 J. Projectiles, Rockets Missiles Guid. 28 110 (in Chinese) [唐恩凌, 张庆明, 张健 2008 弹箭与制导学报 28 110]
[23]	Huang J G, Han J W, Li H W, Cai M H, Li X Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 7950 (in Chinese) [黄建国, 韩建伟, 李宏伟, 蔡明辉, 李小银 2008 57 7950]
[24]	Han J W, Zhang Z L, Huang J G, Li X Y, Chen Z F, Quan R H, Li H W 2006 Spacer. Envir. Eng. 23 205 (in Chinese) [韩建伟, 张振龙, 黄建国, 李小银, 陈赵峰, 全荣辉, 李宏伟 2006 航天器环境工程学报 23 205]
[25]	Zhang Z L, Han J W, Quan R H, Li H W, Huang J G, Li X Y, Cai M H 2007 4th China Space Debris Conference Nanjing, China, November 5–8, 2007 (in Chinese)[张振龙, 韩建伟, 全荣辉, 李宏伟, 黄建国, 李小银, 蔡明辉 2007 第四届全国空间碎片专题研讨会, 中国南京, 5–8 2007]

[1]	刘昌奇, 霍东英, 韩超, 吴康, 刘兴宇, 杨旭, 白晓厚, 王俊润, 张宇, 姚泽恩, 韦峥. 中子诱发²³²Th裂变初始碎片质量及动能分布Monte-Carlo研究. , 2022, 71(1): 012501. doi: 10.7498/aps.71.20211333
[2]	姜伊澜, 陆博, 张万芹, 古华光. 快自突触反馈诱发混合簇放电的反常变化及分岔机制. , 2021, 70(17): 170501. doi: 10.7498/aps.70.20210208
[3]	刘昌奇, 韦峥. 中子诱发232Th裂变初始碎片质量及动能分布Monte-Carlo研究. , 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211333
[4]	郑建东, 周江, 皮晓丽, 邹晨, 李一帆, 徐坤博, 龚自正, 胡帼杰. 空间碎片超高速撞击下太阳电池阵伏安特性. , 2021, 70(18): 188801. doi: 10.7498/aps.70.20210458
[5]	孟文东, 张海峰, 邓华荣, 汤凯, 吴志波, 王煜蓉, 吴光, 张忠萍, 陈欣扬. 基于1.06 μm波长的空间合作目标及碎片高精度激光测距试验. , 2020, 69(1): 019502. doi: 10.7498/aps.69.20191299
[6]	裴传康, 魏炳乾, 左娟莉, 杨泓. 椭圆形变微小水滴撞击深水液池运动大型气泡夹带机理. , 2019, 68(20): 204703. doi: 10.7498/aps.68.20190541
[7]	曹奔, 关利南, 古华光. 兴奋性作用诱发神经簇放电个数不增反降的分岔机制. , 2018, 67(24): 240502. doi: 10.7498/aps.67.20181675
[8]	裴传康, 魏炳乾. 微小水滴撞击深水液池空腔运动的数值模拟及机理研究. , 2018, 67(22): 224703. doi: 10.7498/aps.67.20181422
[9]	樊仲维, 邱基斯, 唐熊忻, 白振岙, 康治军, 葛文琦, 王昊成, 刘昊, 刘悦亮. 用于空间碎片探测的百赫兹3.31 J高光束质量全固态Nd：YAG激光器. , 2017, 66(5): 054205. doi: 10.7498/aps.66.054205
[10]	丁学利, 李玉叶. 具有时滞的抑制性自突触诱发的神经放电的加周期分岔. , 2016, 65(21): 210502. doi: 10.7498/aps.65.210502
[11]	李佳佳, 吴莹, 独盟盟, 刘伟明. 电磁辐射诱发神经元放电节律转迁的动力学行为研究. , 2015, 64(3): 030503. doi: 10.7498/aps.64.030503
[12]	丁学利, 李玉叶. 相位噪声诱发神经放电的单次或两次相干共振. , 2014, 63(24): 248701. doi: 10.7498/aps.63.248701
[13]	蔡明辉, 吴逢时, 李宏伟, 韩建伟. 空间微小碎片超高速撞击诱发的等离子体特性研究. , 2014, 63(1): 019401. doi: 10.7498/aps.63.019401
[14]	李宏伟, 韩建伟, 吴逢时, 蔡明辉, 张振龙. 微小空间碎片撞击发光信号监测及应用研究. , 2014, 63(12): 129601. doi: 10.7498/aps.63.129601
[15]	李宏伟, 韩建伟, 蔡明辉, 吴逢时, 张振龙. 激光诱导等离子体模拟微小空间碎片撞击诱发放电研究. , 2014, 63(11): 119601. doi: 10.7498/aps.63.119601
[16]	李玉叶, 贾冰, 古华光. 白噪声诱发Morris-Lecar模型构成的Ⅱ型兴奋网络产生多次空间相干共振. , 2012, 61(7): 070504. doi: 10.7498/aps.61.070504
[17]	高著秀, 冯春华, 杨宣宗, 黄建国, 韩建伟. 微小碎片加速器同轴枪内等离子体轴向速度研究. , 2012, 61(14): 145201. doi: 10.7498/aps.61.145201
[18]	黄建国, 刘丹秋, 高著秀, 李宏伟, 蔡明辉, 韩建伟. 空间微小碎片累积撞击损伤效应加速模拟研究. , 2012, 61(2): 029601. doi: 10.7498/aps.61.029601
[19]	高著秀, 李宏伟, 蔡明辉, 刘丹秋, 黄建国, 韩建伟. 超高速空间微小碎片撞击充电材料诱发的放电. , 2012, 61(3): 039601. doi: 10.7498/aps.61.039601
[20]	黄建国, 韩建伟, 李宏伟, 蔡明辉, 李小银. 空间微小碎片对低轨道航天器太阳电池表面撞击损伤研究. , 2008, 57(12): 7950-7954. doi: 10.7498/aps.57.7950

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