大幅照面电子枪模拟空间地磁亚暴环境的方法研究

论文摘要

空间带电环境是影响空间飞行器在轨安全的重要环境因素。在空间充放电效应地面模拟试验研究中，作为模拟源的发散型电子枪的设计和应用是研究难点之一。本论文的主要研究内容是大辐照面电子枪的设计和调试分析。 第一章主要介绍研究背景、国内外研究现状，并在此基础上提出论文工作总体思路。 第二章介绍了空间地磁亚暴环境及其引起的航天器表面充放电效应和危害。 第三章从大幅照面电子枪仿真计算的原理、算法、设计模型入手，给出经过大量计算并分析优选方案后的计算结果，探讨电子枪电参数和几何参数变化对其性能的影响，从而提出设计参考。 第四章内容为大幅照面电子枪设计，包括热阴极材料的选择和结构设计。结合上一章仿真的结果，比较不同方案从中优选，确定了电子枪结构。对设计影响因素进行了讨论，并简要介绍了电源系统。 第五章电子枪初步调试在现有的φ1.2m真空设备上进行。按顺序进行了阴耐压调试、发射电流调试和靶面束流均匀性调试，本章重点分析了影响发射稳定性和束流均匀性的因素。调试结果为进行电子枪在大型地磁亚暴试验装置中的调试奠定了基础。 第六章介绍电子枪在大型地磁亚暴试验装置中整体调试的束流测试方案、高压引线及电极的设计，制定了具体的调试步骤。 结束语总结了论文工作创新点，并提出下一步工作建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 国外研究现状
• 1.3 国内研究现状
• 1.4 研究思路
• 第二章 空间地磁亚暴环境及其效应
• 2.1 空间地磁亚暴环境
• 2.2 空间地磁亚暴环境效应
• 2.2.1 航天器表面充电的机理
• 2.2.2 航天器表面充电的危害
• 第三章 大辐照面电子枪仿真计算分析
• 3.1 电子枪设计模型
• 3.2 仿真计算原理
• 3.2.1 基本方程
• 3.2.2 简化假设
• 3.2.3 计算程序框图
• 3.3 电位的计算
• 3.3.1 差分格式
• 3.3.2 边界处理
• 3.3.3 超松弛因子的选取
• 3.3.4 电位误差与迭代次数
• 3.4 阴极发射电流的计算
• 3.5 电子轨迹的计算
• 3.5.1 差分格式
• 3.5.2 电场计算
• 3.5.3 轨迹收敛的判别
• 3.6 计算结果分析
• 3.6.1 电流密度分布
• 3.6.2 变参数计算结果
• 3.6.3 关于栅网控制极影响的计算
• 第四章 大辐照面电子枪设计
• 4.1 总体要求及设计思路
• 4.1.1 电子枪总体要求
• 4.1.2 电子枪设计思路
• 4.2 热阴极材料的选择
• 4.3 电子枪结构设计
• 4.4 设计影响因素讨论
• 4.4.1 增大电子枪辐照面积的方法
• 4.4.2 地磁场对电子辐照均匀性的影响及对策
• 4.5 测试电源系统
• 第五章 初步调试现象与分析
• 5.1 真空室
• 5.2 耐压调试
• 5.2.1 阴极或栅极对阳极耐压调试
• 5.2.2 阴极和栅极间耐压调试
• 5.2.3 调试现象分析
• 5.3 发射电流调试
• 5.3.1 原理
• 5.3.2 调试过程
• 5.4 靶面束流均匀性调试
• 5.4.1 原理
• 5.4.2 调试过程
• 5.4.3 影响束流均匀性的因素分析
• 第六章 整体调试方案
• 6.1 大型地磁亚暴试验装置
• 6.2 束流测试方案
• 6.3 高压引线及电极的设计
• 6.4 调试目的及步骤
• 6.4.1 真空容器外大气联调阶段
• 6.4.2 真空环境下联调阶段
• 6.4.3 停机、吊出阶段
• 6.5 电子枪真空调试程序
• 6.6 本章结束语
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A F1.2m真空容器总图
• 附录B 接口法兰图纸
• 附录C 高压电极图纸