月表鞘层振荡特性及带电月尘运动的研究

发布时间：2020-07-05 14:57

【摘要】：作为离地球最近的天体,月球在人类探索太空的进程中具有重要的地位,人类对外太空的探索将以月球为跳板向更远处发展。然而月表的复杂环境给人类的探月活动带来了巨大的挑战,其中月表特殊的电场环境的影响尤为明显。电场不仅会直接影响登月设备,还会引起月尘悬浮,给人类的活动带来更多的困难。目前对月表电场环境的研究以及月尘的充放电及运动的研究都是在月表的鞘层结构是稳态结构的假设基础上开展的,没有考虑时间对月球表面鞘层的影响。鞘层结构随时间的变化可能会对鞘层内颗粒的带电情况以及带电颗粒的运动情况造成影响。对鞘层结构的稳定性以及其对带电月尘运动的研究有助于更加深入细致的了解月表电场及带电月尘的运动规律,为减小月表电场环境以及悬浮月尘对探月活动的影响提供参考。根据等离子体数值模拟实验从物理层面模拟鞘层形成过程的需求,以IFE-PIC(Immersed Finite Element Particle in Cell)理论为基础建立了鞘层结构数值模拟程序。用PIC理论对粒子进行动力学模拟,用IFE理论求解复杂界面条件下的电场分布,并对程序的关键部分进行验证。在考虑时间影响的前提下对鞘层进行数值模拟,观察到了鞘层的振荡现象。对所用数值方法以及计算模型相关参数设置可能对结论带来的影响进行了研究。通过对照的数值模拟,研究了数值模型的时间步长、模拟区域大小、网格宽度、边界条件等参数设置对结果的影响。结果表明相关参数在某一范围内变动不影响结果的正确性,排除了观察到的振荡现象是数值方法本身引起数值振荡的可能性。通过数值模拟对引起鞘层振荡的原因进行了探究,发现鞘层电势振荡频率与等离子体频率一致,因此认为鞘层的振荡现象是由等离子体振荡引起。对鞘层内电荷密度、电子密度、离子密度、壁面积聚电荷密度、入射粒子数等随时间变化的情况进行统计分析,进一步确认了所获得结论的正确性。同时研究了光电子对鞘层结构的影响。发现光电子数密度越大鞘层振荡幅值越大,但频率基本不变。对振荡鞘层下带电月尘的运动进行了数值模拟,研究振荡鞘层下月尘的充放电及运动规律。结果表明振荡鞘层中月尘颗粒的运动会受到颗粒粒径,初始电势以及鞘层结构的影响。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P184;V476.3
【图文】：

图1-1月球等离子体环境示意

图 1-2 鞘层类型[17]输运的另一个必要条件是月尘带电。月尘对于登月设备以目前国内关于月尘颗粒运动的研究刚刚起步，需要做的工作结构中月尘的充放电及运动规律，可以对月球某一地点某

【参考文献】

相关期刊论文 前8条

1 曾令斌;邱宝贵;肖杰;宗魏;罗小桃;;月面扬尘特性与月尘防护技术研究[J];上海航天;2015年01期

2 陈凤贵;王胜国;谢志辉;刘克华;陈光明;;空间环境对载人登月活动的影响及保障需求研究[J];装备环境工程;2014年01期

3 刘建忠;欧阳自远;李春来;邹永廖;;中国月球探测进展(2001-2010年)[J];矿物岩石地球化学通报;2013年05期

4 毛子瑞;邸冰;张娟娟;;月尘静电浮扬现象的理论模拟[J];应用数学和力学;2013年04期

5 张森森;王世杰;李雄耀;李世杰;唐红;李阳;于雯;;月尘的性质及危害评述[J];地球科学(中国地质大学学报);2013年02期

6 甘红;王世杰;李雄耀;;月尘静电迁移研究进展[J];空间科学学报;2013年02期

7 庄建宏;王先荣;冯杰;;月尘对太阳电池的遮挡效应研究[J];航天器环境工程;2010年04期

8 欧阳自远;我国月球探测的总体科学目标与发展战略[J];地球科学进展;2004年03期

相关会议论文 前3条

1 孔风连;王瀊;颜则东;全小平;苗育君;庄建宏;秦晓刚;杨生胜;;月尘带电模拟试验研究[A];静电放电：从地面新技术应用到空间卫星安全防护—中国物理学会第二十届全国静电学术会议论文集[C];2015年

2 张一翔;沈志刚;;月球尘埃特性及其对登月物的影响[A];颗粒学前沿问题研讨会——暨第九届全国颗粒制备与处理研讨会论文集[C];2009年

3 曹勇;;月尘环境以及对人类登月活动的影响[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第六届学术年会暨863计划“深空探测与空间实验技术”重大项目学术研讨会论文集[C];2009年

相关博士学位论文 前1条

1 楚豫川;月表鞘层特性及明暗界线区月尘悬浮的数值模拟研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

相关硕士学位论文 前3条

1 滕庆;带电颗粒在月表电场中运动的动力学分析[D];哈尔滨工业大学;2015年

2 王加亮;月球表面鞘层的数值模拟[D];哈尔滨工业大学;2014年

3 陈杏彪;月球表面电场环境的数值模拟[D];哈尔滨工业大学;2010年

本文编号：2742755