空间粉尘高速撞击光学玻璃及PET等离子体和发光效应研究

论文摘要

空间粉尘的高速撞击除了导致航天器累积损伤外,还会产生许多相关效应,如等离子体效应和发光效应等,通过研究这些效应,可以为深空探测和近地空间粉尘环境、等离子体环境的研究提供基础数据支持。本文利用静电加速器,分别加速微米级的铝粉分别撞击太阳电池玻璃盖片、加速微米级的铝粉和SiC粉撞击PET薄膜,探测撞击产生的发光信号和等离子体信号,统计分析了入射粒子参数对产生信号特征及其参数的影响规律。研究结果表明,单层靶体受撞击产生的等离子体信号与双层结构的靶体产生的等离子体信号具有一定差异,即双层结构的靶体产生了具有两个等离子体感应电压峰值的特征信号,并伴随出现了法拉第环感应信号。但入射粒子参数对占多数的各种典型等离子体信号的特征参数的规律基本相同而不受靶体和粉尘类型的影响,即入射粒子的动能越大,撞击产生的等离子体的电荷量就越多,检测到的等离子体的信号也越强;同时入射粒子的速度越高,等离子体的运动速度越快,它能被检测到的时间越短。在铝粉撞击太阳电池玻璃盖片高速撞击产生了两类信号,一类主要的信号由一个最先出现的峰值和一段较长时间的衰减信号组成,另一类次要的信号的峰值则不在最先出现。对于主要的第一类发光信号,在撞击初期极短时间内即出现了发光现象,发光强度很快就达到了峰值,在强度峰值之后伴随出现了一个较长时间的衰减信号;入射粒子的动能越大,发光信号的峰值越高,发光持续时间也越长。发光信号的衰减信号由等离子体的复合导致的能量辐射引起的:入射粒子动能越大,撞击产生的碎片和蒸汽的温度越高,导致发光信号的强度峰值越高;撞击温度越高,产生的等离子体的量也越多,等离子体由于复合发生的能量辐射也越多,发光信号的衰减信号强度越大,持续时间也越长,随着等离子体的复合消失,其辐射的能量迅速减少,发光信号也迅速衰减直至消失。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 空间粉尘环境概述
• 1.2.1 微流星体
• 1.2.2 微小空间碎片
• 1.3 空间粉尘高速撞击效应研究进展
• 1.3.1 高速撞击的物理过程
• 1.3.2 高速撞击产生的等离子体效应研究概况
• 1.3.3 高速撞击产生的发光效应研究概况
• 1.3.4 太阳电池空间粉尘高速撞击研究概况
• 1.4 高速撞击计算机模拟研究进展
• 1.4.1 数值模拟技术的发展概况
• 1.4.2 AUTODYN 工具软件在高速撞击数值模拟中的应用
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 试验材料及试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 试样
• 2.1.2 模拟试验用粉尘
• 2.2 粉尘静电加速撞击试验
• 2.3 分析测试方法
• 2.3.1 X 射线衍射分析
• 2.3.2 扫描电镜观察
• 2.3.3 粉尘高速撞击效应探测
• 2.4 数值模拟试验
• 第3章 太阳电池玻璃盖片铝粉高速撞击等离子体效应
• 3.1 未镀膜太阳电池玻璃盖片的铝粉高速撞击等离子体效应
• 3.1.1 等离子体信号的特征
• 3.1.2 等离子体信号的研究和分析方法
• 3.1.3 等离子体信号统计分析
• 3.1.4 等离子体效应机理分析
• 3.2 镀膜太阳电池玻璃盖片的铝粉高速撞击等离子体效应
• 3.2.1 等离子体信号的特征
• 3.2.2 第一类典型等离子体信号统计分析
• 3.2.3 第二类典型等离子体信号统计分析
• 3.3 高速撞击等离子体效应比较讨论
• 3.4 本章小结
• 第4章 PET 薄膜粉尘高速撞击等离子体效应
• 4.1 PET 薄膜铝粉高速撞击等离子体效应研究
• 4.1.1 等离子体信号的特征
• 4.1.2 第一类典型等离子体信号统计分析
• 4.1.3 第二类典型等离子体信号统计分析
• 4.2 PET 薄膜SIC 粉高速撞击等离子体效应研究
• 4.2.1 SiC 粉表面化学镀镍
• 4.2.2 PET 薄膜SiC 粉高速撞击等离子体效应
• 4.3 高速撞击等离子体效应比较讨论
• 4.3.1 PET 薄膜铝粉与SiC 粉高速撞击等离子体效应比较
• 4.3.2 太阳电池玻璃盖片和PET 薄膜等离子体效应比较
• 4.4 本章小结
• 第5章 太阳电池玻璃盖片铝粉高速撞击发光效应
• 5.1 发光信号的特征
• 5.2 发光信号统计分析
• 5.2.1 发光信号的研究与分析方法
• 5.2.2 发光信号特征参数统计分析
• 5.3 发光效应机理分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢