微小卫星在LEO背景等离子体环境中的充电特征
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南京航空航天大学研究生创新基地(实验室)开放基金(kfjj20161503)资助项目;国家自然科学基金青年基金(11405085)资助项目;江苏省青年基金(BK20130789)资助项目;上海航天科技创新基金(SAST2015035)资助项目。


Charging Characteristics of Microsatellite in LEO Background Plasma Environment
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    摘要:

    航天器在低地球轨道(Low earth orbit,LEO)背景等离子体中高速运行时会在速度下方形成尾流区。本文以南京航空航天大学的"天巡一号"微小卫星为研究对象,利用充放电计算程序SPIS研究分析了其在LEO背景等离子体环境下的充电情况、尾流特征及鞘层结构。模拟结果表明,微小卫星在背景等离子体环境下的充电电位低,这与LEO的充电电位特征相符;其尾流和鞘层结构与大卫星有明显特征区别:(1)其远尾区存在密度增强效应;(2)微小卫星鞘层情况符合厚鞘近似。同时,本文采用轨道运动限制(Orbital motion limited,OML)理论对密度增强效应进行了合理解释,而卫星的材料和尺寸可对密度增强的程度造成影响;在"天巡一号"靠近底板的位置鞘层厚度为0.630 m,而鞘层厚度并不是常数,随着卫星表面电位的不同有所变化。

    Abstract:

    In low earth orbit (LEO), spacecrafts travelling through dense but low-energy plasma generate a wake zone behind. The TianXunⅠmicrosatellite is taken as the research object and SPIS toolkit is employed to simulate its surface charging,sheath structure and wake zone feature in LEO plasma environment. The simulation reveals firstly that TianXunⅠcan not charge to high level on its orbit. Secondly, it is found out that a phenomenon called plasma density enhancement and satellite sheath reveals significant difference from traditional satellite. The phenomenon of density enhancement occurs in the far wake region and can be explained by orbital motion limited (OML) theory. The sheath of microsatellite is abided by thick-sheath approximation in LEO and the thickness of sheath varies with surface charging level.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

朱基聪, 方美华, 全荣辉, 田鹏宇, 梁尔涛.微小卫星在LEO背景等离子体环境中的充电特征[J].南京航空航天大学学报,2018,50(3):422-426

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  • 收稿日期:2017-01-04
  • 最后修改日期:2017-03-14
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  • 在线发布日期: 2018-06-28
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