搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

等离子体环境下孤立导体表面充电时域特性研究

曹鹤飞 刘尚合 孙永卫 原青云

引用本文:
Citation:

等离子体环境下孤立导体表面充电时域特性研究

曹鹤飞, 刘尚合, 孙永卫, 原青云

Characteristics plasma environment isolated conductor surface charging time domain

Cao He-Fei, Liu Shang-He, Sun Yong-Wei, Yuan Qing-Yun
PDF
导出引用
  • 航天器在等离子体环境下的表面充放电受到多种因素影响, 其中充电时间是影响静电放电频次的一个重要因素. 本文从等离子体的微观结构出发, 同时考虑材料参数特性, 在对每个粒子运用力学原理的基础上, 以统计方法 推导出孤立导体球表面充电电位时域表达式. 利用电位时域表达式推导出孤立导体球净电荷量时域表达式及静电场能量时域表达式. 以较低非极地地球轨道和较高地球同步轨道为例对孤立导体球电位、 净电荷量及静电场能量的时域特性进行了讨论, 分析了空间环境参数和导体球半径大小对表面充电的影响, 总结出等离子体环境下孤立导体表面充电时域特性规律.
    Spacecraft surface charging and discharging in a plasma environment are affected by many factors, and the charging time is an important factor to influence the discharging frequency. In this paper, considering microstructure and material parameters of the plasma characteristics, appling the principles of mechanics to each particle, and using statistical methods, the expression of isolated conductor ball surface charging potential time-domain is deduced. Using the general expression of voltage, we deduce the expression of the time domain of electrostatic charging quantity of isolated conducting sphere and the expression of the time domain of the electrostatic field energy. Taking low earth orbit and geosynchronous orbit for example, we discuss the potential of isolated conducting sphere, static load and the characteristics of the electrostatic field energy. The influences of space environment parameters and the size of the conducting sphere radius on surface charging are analyzed. The laws of the time domain of isolated conductor surface charging in plasma environment are summarized.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51177173)和中国博士后科学基金(批准号: 2012M521886)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51177173) and the China Postdoctoral Science Foundation (Grant No. 2012M521886).
    [1]

    Cai M H, Han J W, Li X Y, Li H W, Zhang Z L 2009 Acta Phys. Sin. 58 6659 (in Chinese) [蔡明辉, 韩建伟, 李小银, 李宏伟, 张振力 2009 物理学报 58 6659]

    [2]

    Lai S L 1998 AIAA 36th Aerospace Sciences Meeting Reno, NV, January 12-15, 1998 pp98-1042

    [3]

    Tajmar M 2002 J. Spacecraft Rockets 39 886

    [4]

    Lai S T 2003 IEEE Trans. Plasma Sci. 31 1118

    [5]

    Katz I, Davis V A, Snyder D B 1998 AIAA 36th Aerospace Sciences Meeting Reno, NV, January 12-15, 1998 pp98-1002

    [6]

    Kazami Y, Junichiro K, Norio O, Michikazu K, Naoki H, Ryuji S, Kenichirou S, Takeshi T 2009 Appl. Surf. Sci. 256 598

    [7]

    Kim H J, Lee J J, Rhee J G, Lee E S, Min K W, Sung D K 2003 J. Spacecraft Rockets 40 875

    [8]

    Huang B C, Tong J Y 2010 Space Environment Engineering (Beijing: Chinese Science and Technology Press) p451 (in Chinese) [黄本诚, 童靖宇 2010 空间环境工程学(北京: 中国科学技术出版社) 第451页]

    [9]

    Cao H F, Liu S H, Sun Y W, Yuan Q Y 2013 Acta Phys. Sin. 63 11 (in Chinese) [曹鹤飞, 刘尚合, 孙永卫, 原青云 2013 物理学报 63 11]

    [10]

    Pisacane V L (Translated by Zhang Y L, Chen X Q, Yan Y) 2011 The Space Environment and Its Effects on Space Systems (Beijing: China Aerospace Press) p262 (in Chinese) [Pisacane V L著 (张育林, 陈小前, 闫野 译) 2011 空间环境及其对航天器的影响(北京: 中国宇航出版社) 第262页]

    [11]

    Yang F, Shi L Q, Liu S Q, Gong J C 2011 Chin. J. Space Sci. 31 509 (in Chinese) [杨昉, 师立勤, 刘四清, 龚建村 2011 空间科学学报 31 509]

    [12]

    Pisacane V L (Translated by Zhang Y L, Chen X Q, Yan Y) 2011 The Space Environment and Its Effects on Space Systems (Beijing: China Aerospace Press) p234 (in Chinese) [Pisacane V L 著 (张育林, 陈小前, 闫野译) 2011 空间环境及其对航天器的影响(北京: 中国宇航出版社) 第234页]

    [13]

    Bartlett R O, De Forest S E, Goldstein R 1975 AIAA 11th Elecric Propulsion Conference New Orleans, La., March 19-21, 1975 pp75-0359

    [14]

    Yang J, Liu S H, Yuan Q Y, Wu Z C 2007 High Voltage Engin. 33 111 (in Chinese) [杨洁, 刘尚合, 原青云, 武占成 2007 高电压技术 33 111]

    [15]

    Wang L, Qin X G 2002 Vac. Cryogenics 8 83 (in Chinese) [王立, 秦晓刚 2002 真空与低温 8 83]

  • [1]

    Cai M H, Han J W, Li X Y, Li H W, Zhang Z L 2009 Acta Phys. Sin. 58 6659 (in Chinese) [蔡明辉, 韩建伟, 李小银, 李宏伟, 张振力 2009 物理学报 58 6659]

    [2]

    Lai S L 1998 AIAA 36th Aerospace Sciences Meeting Reno, NV, January 12-15, 1998 pp98-1042

    [3]

    Tajmar M 2002 J. Spacecraft Rockets 39 886

    [4]

    Lai S T 2003 IEEE Trans. Plasma Sci. 31 1118

    [5]

    Katz I, Davis V A, Snyder D B 1998 AIAA 36th Aerospace Sciences Meeting Reno, NV, January 12-15, 1998 pp98-1002

    [6]

    Kazami Y, Junichiro K, Norio O, Michikazu K, Naoki H, Ryuji S, Kenichirou S, Takeshi T 2009 Appl. Surf. Sci. 256 598

    [7]

    Kim H J, Lee J J, Rhee J G, Lee E S, Min K W, Sung D K 2003 J. Spacecraft Rockets 40 875

    [8]

    Huang B C, Tong J Y 2010 Space Environment Engineering (Beijing: Chinese Science and Technology Press) p451 (in Chinese) [黄本诚, 童靖宇 2010 空间环境工程学(北京: 中国科学技术出版社) 第451页]

    [9]

    Cao H F, Liu S H, Sun Y W, Yuan Q Y 2013 Acta Phys. Sin. 63 11 (in Chinese) [曹鹤飞, 刘尚合, 孙永卫, 原青云 2013 物理学报 63 11]

    [10]

    Pisacane V L (Translated by Zhang Y L, Chen X Q, Yan Y) 2011 The Space Environment and Its Effects on Space Systems (Beijing: China Aerospace Press) p262 (in Chinese) [Pisacane V L著 (张育林, 陈小前, 闫野 译) 2011 空间环境及其对航天器的影响(北京: 中国宇航出版社) 第262页]

    [11]

    Yang F, Shi L Q, Liu S Q, Gong J C 2011 Chin. J. Space Sci. 31 509 (in Chinese) [杨昉, 师立勤, 刘四清, 龚建村 2011 空间科学学报 31 509]

    [12]

    Pisacane V L (Translated by Zhang Y L, Chen X Q, Yan Y) 2011 The Space Environment and Its Effects on Space Systems (Beijing: China Aerospace Press) p234 (in Chinese) [Pisacane V L 著 (张育林, 陈小前, 闫野译) 2011 空间环境及其对航天器的影响(北京: 中国宇航出版社) 第234页]

    [13]

    Bartlett R O, De Forest S E, Goldstein R 1975 AIAA 11th Elecric Propulsion Conference New Orleans, La., March 19-21, 1975 pp75-0359

    [14]

    Yang J, Liu S H, Yuan Q Y, Wu Z C 2007 High Voltage Engin. 33 111 (in Chinese) [杨洁, 刘尚合, 原青云, 武占成 2007 高电压技术 33 111]

    [15]

    Wang L, Qin X G 2002 Vac. Cryogenics 8 83 (in Chinese) [王立, 秦晓刚 2002 真空与低温 8 83]

  • [1] 赵雯琪, 张岱, 崔明慧, 杜颖, 张树宇, 区琼荣. 等离子体对石墨烯的功能化改性. 物理学报, 2021, 70(9): 095208. doi: 10.7498/aps.70.20202078
    [2] 张海宝, 陈强. 非热等离子体材料表面处理及功能化研究进展. 物理学报, 2021, 70(9): 095203. doi: 10.7498/aps.70.20202233
    [3] 吉建伟, 山村和也, 邓辉. 面向单晶SiC原子级表面制造的等离子体辅助抛光技术. 物理学报, 2021, 70(6): 068102. doi: 10.7498/aps.70.20202014
    [4] 张识, 王攀, 张瑞浩, 陈红. 选取任意庞加莱截面的新方法. 物理学报, 2020, 69(4): 040503. doi: 10.7498/aps.69.20191585
    [5] 曹鹤飞, 刘尚合, 孙永卫, 原青云. 等离子体环境非偏置固体表面带电研究. 物理学报, 2013, 62(11): 119401. doi: 10.7498/aps.62.119401
    [6] 曹鹤飞, 刘尚合, 孙永卫, 原青云. 航天器内部孤立导体表面带电面积效应研究. 物理学报, 2013, 62(14): 149402. doi: 10.7498/aps.62.149402
    [7] 刘惠平, 邹秀, 邹滨雁, 邱明辉. 电负性等离子体磁鞘的玻姆判据. 物理学报, 2012, 61(3): 035201. doi: 10.7498/aps.61.035201
    [8] 董太源, 叶坤涛, 刘维清. 表面波等离子体源的发展现状. 物理学报, 2012, 61(14): 145202. doi: 10.7498/aps.61.145202
    [9] 高勋, 宋晓伟, 郭凯敏, 陶海岩, 林景全. 飞秒激光烧蚀硅表面产生等离子体的发射光谱研究. 物理学报, 2011, 60(2): 025203. doi: 10.7498/aps.60.025203
    [10] 孟 亮, 张 杰, 朱晓东, 温晓辉, 丁 芳. 热丝辅助双偏压氢等离子体制造金刚石锥状表面研究. 物理学报, 2008, 57(4): 2334-2339. doi: 10.7498/aps.57.2334
    [11] 张 民, 吴振森. 脉冲波在空间等离子体介质中传播的矩分析及其应用. 物理学报, 2007, 56(10): 5937-5944. doi: 10.7498/aps.56.5937
    [12] 王 彬, 谢文楷. 等离子体加载耦合腔慢波结构色散分析. 物理学报, 2007, 56(12): 7138-7146. doi: 10.7498/aps.56.7138
    [13] 张秋菊, 武慧春, 王兴海, 盛政明, 张 杰. 超短激光脉冲在等离子体中的分裂以及类孤子结构的形成. 物理学报, 2007, 56(12): 7106-7113. doi: 10.7498/aps.56.7106
    [14] 田杨萌, 王彩霞, 姜 明, 程新路, 杨向东. 惰性物质等离子体物态方程研究. 物理学报, 2007, 56(10): 5698-5703. doi: 10.7498/aps.56.5698
    [15] 张 丽, 李向东, 蒋新革. 等离子体效应对类氦氖Kα线系电偶极辐射的影响. 物理学报, 2006, 55(9): 4501-4505. doi: 10.7498/aps.55.4501
    [16] 谢鸿全, 刘濮鲲. 磁化等离子体填充螺旋线的色散方程. 物理学报, 2006, 55(5): 2397-2402. doi: 10.7498/aps.55.2397
    [17] 黄勤超, 罗家融, 王华忠, 李 翀. EAST装置等离子体放电位形快速识别研究. 物理学报, 2006, 55(1): 281-286. doi: 10.7498/aps.55.281
    [18] 杨杭生. 等离子体增强化学气相沉积法制备立方氮化硼薄膜过程中的表面生长机理. 物理学报, 2006, 55(8): 4238-4246. doi: 10.7498/aps.55.4238
    [19] 刘少斌, 朱传喜, 袁乃昌. 等离子体光子晶体的FDTD分析. 物理学报, 2005, 54(6): 2804-2808. doi: 10.7498/aps.54.2804
    [20] 梁昌洪, 苏涛, 万继响. 孤立导体和多导体系统的广义Collin原则. 物理学报, 2004, 53(1): 1-4. doi: 10.7498/aps.53.1
计量
  • 文章访问数:  4837
  • PDF下载量:  326
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2013-03-09
  • 修回日期:  2013-03-21
  • 刊出日期:  2013-07-05

/

返回文章
返回