空间等离子体分析与应用

摘要

宇宙是由空间等离子体构成的。等离子体是指物质的第四部分或状态(固体、液体、气体、等离子体)。等离子体是一种气体，也就是说，它非常热，以至于它的一些或所有基本原子都分裂成电子和离子，它们可以独立地相互移动。由于等离子体是由带电粒子组成的，它们可能会受到静电和电磁场和力的强烈影响，这可能会导致非常困难和迷人的表现。等离子体存在于太阳系内外，在日冕和太阳风中，在地球和其他行星的磁球中，在彗星的延伸中，在恒星间和空间介质中，在黑洞周围的层盘中。地球上也有类似的等离子体，从核聚变反应堆的内部到蜡烛的光芒。在太空等离子体中，我们研究了地球磁层中的等离子体、太阳风和等离子体球，以及它们相互作用时会发生什么。

关键字

空间等离子体;带电粒子;核聚变;磁气圈;宇宙飞船的使命

简介

空间等离子体膨胀成太阳能板、风和行星的现象。大量提供廉价或不昂贵的电力是每一个航天器主机和有效载荷系统技术进步的基本先决条件，如今，世界各地制造的航天器总是在开发技术，以最大限度地提高发电机的效率，以满足未来的电力和能源的需要[1，2］．在空间等离子体分析中，SPS是在SPE中构建的，它将与周围的等离子体分析相互作用。

我们将考虑到SPS对SPE的许多可能的影响。本文还将重点讨论与微波发射有关的低频静电等离子体波的作用。

在空间等离子体的分析应用中采用的是太阳风、面板和行星或阵列。太阳空间等离子体发电系统(SSPS)是利用太阳风在空间中产生的能量的系统之一。

背景

太阳风或太阳能电池板是大部分航天器任务的唯一发电来源。这并不令人意外，航天器制造业试图工作的太阳风和电池板产生更高的电流，以满足不断增加的需求或在更高的电压水平上削减损失。在SPE存在中最有用的一种轨道，即地球静止轨道和PSSO(太阳极同步轨道)，这种环境对航天器构成的威胁是太阳风、面板、行星和阵列[3.］．

在20世纪90年代之后，印度空间研究组织(ISRO)正在考虑第一个70V的太阳风或用于航天器的太阳能阵列，即GSAT-4，它可以根据需求配置，部分太阳风或电池板可以驱动70伏的电力。印度空间研究组织也在考虑其首个高功率测距成像航天器(RISAT)，在极地SSO上以70伏电压工作。但在这段时间里，由于电弧报告，太阳能电池阵列或电池板在轨道上发生故障。

太阳能电池板空间等离子体项目始于2002年。SPIX有以下几种目标:-

1.提高SPE对空间等离子体和电弧的基本认识。

2.尝试建立充能和起弧模型。

3.建立了电弧模拟实验装置，对模型进行验证。

4.为不同种类太阳能电池板配置的阈值及其速率进行电弧模拟的数据库。

有两种类型的空间等离子体相互作用的例子:-

1.SPIXFP

2.SPIXARC

Spixfp

SPIXFP(航天器等离子体相互作用实验浮动电位探测器)代码是为了在等离子体环境中估计太阳能阵列中使用的各种材料的浮动电位[4］．任何位于充电环境中的材料都会被充电到一个稳态电压，这是材料和等离子体环境的特征，称为浮动电位。当浮动电位达到时，流入(和流出)材料的净电流为零。

SPIXFP模型考虑了等离子体充电过程中的各种电流元素，其中包括以下内容

•由于周围电子和离子的通量

•等离子体(电子和离子)撞击诱导二次电子

Spixarc

SPIXARC(航天器等离子体相互作用实验电弧估计)代码是为了独立求解通过SCILAB程序提出的微分方程[5］．在该方法中，用L、C、R和电流电压源的等效电路表示电弧模拟。

有一些背后的原因如下:-

1.为IPR和ISRO团队开发和理解潜在的空间等离子体物理充电和电弧现象

2.20世纪90年代，美国宇航局的充电代码无法提供给ISRO。

如今，航天器的改进和发射载荷的增加增加了航天器的成本。在寻找延长新航天器有效寿命的方法方面一直在努力[6，7］．

例如，由于成本和效率的原因，将微型或纳米卫星的小型空间设备发射到近地轨道是首选，但在该区域(200-800公里高度)，有保证的航天器材料的紫外线辐射破坏成为相关问题[8］．

地球的等离子球

地球的等离子体球是磁层的内部部分。它位于地球大气层的上层电离层之外。

它是一个围绕着地球的高密度冷等离子体区域。尽管等离子体在磁层中随处可见，但等离子体球通常包含最冷的等离子体[9) (图1)。

空间等离子体对不同等离子体环境的影响

环境中的等离子体效应表现在表1．

表1:环境中的等离子体效应。

结论

本文讨论了一种分析和应用近地电磁辐射源空间等离子体特性的新方法，包括太阳风、行星、面板和阵列等离子体[10］．

该方法基于等离子体中接收天线的共振响应理论。近年来，在提高空间等离子体仪器前端电子集成方面出现了许多努力，这些仪器旨在研究地球和太阳风与行星相互作用的电离环境。

参考文献

1. Cole RK，等。稀流等离子体中太阳能电池阵列的操作。1969。
2. www.spenvis.oma.be
3. 低地球轨道高压太阳能电池阵列的电弧:理论与计算机粒子模拟。1992。
4. Bhoomi KM，等。太阳能电池板电弧电路模型的开发，物理学报，2010;208。
5. ISO - 11221空间系统。空间太阳能电池板。航天器充电诱导静电放电试验方法。2010.
6. Gupta SB，等。开发用于空间的ESD检测和表征设施，如LEO和GEO环境，ISDEIV。2014; 713 - 716。
7. 弗格森DC和希拉德GB。近地轨道航天器充电设计指南，2003。
8. nasa - std - 4005。近地轨道航天器充电设计标准。
9. ECSS-E20-06，空间工程-航天器充电:2008。
10. Purvis CK，等。“评估和控制航天器充电效应”的设计指南。1984.