带电颗粒在月表电场中运动的动力学分析

发布时间：2017-12-17 02:05

  本文关键词：带电颗粒在月表电场中运动的动力学分析

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【摘要】：月球表面环境非常复杂,这对登月航天器和探月仪器在月球上工作的可靠性提出了严峻的挑战,在月球表面电场的作用下,月尘颗粒带电悬浮,容易引起航天器和探月仪器的表面磨损、机械阻塞和仪表读数错误等问题,因此为了发现一个有利的登月地点和确保登月航天器工作的可靠性,必须掌握月尘充放电机制、月球表面电场的产生规律及其对月尘颗粒的影响。月尘颗粒广泛存在于月球表面,本文根据月尘性质分析得到了月尘颗粒的充电机制,基于月尘颗粒的充放电数学模型建立了月尘充电的函数表达式,数值模拟仿真了影响月尘充放电的主要参数,由于太阳风电子的质量远小于太阳风中离子的质量,而且其热运动速度又大,电子首先打到颗粒表面上,故尘埃粒子的表面电势通常为负值。在月球阴面由于月球尾迹的影响,电子的分布函数不再符合麦克斯韦分布,因此阳面的月表电势模型不再适用,本研究加入了月球尾迹的影响,建立了月球表面电势模型,分析了影响月球表面电势的主要参数。随着太阳入射角的逐渐增大,月球表面电势由日照点的正电势降低到月球阴面的负电势,在月表电势逐渐降低的过程中,月球阳面存在一处“死区”,在此处几乎没有运动的月尘。为了对月球上月尘颗粒的静电悬浮现象进行理论研究,本文建立了月球表面鞘层的数学模型,得到了三类不同鞘层结构及其空间电势分布,基于PIC(Particle In Cell)粒子数值模拟程序,分别对不同鞘层内月尘颗粒的静电悬浮现象进行模拟仿真,得到影响月尘悬浮的几个主要的因素:太阳入射角、月尘颗粒粒径、颗粒带电量和颗粒所在鞘层。仿真结果表明月尘颗粒更容易发生在日出日落时分,即太阳入射角较大的地方,此外月尘颗粒越小,其浮扬高度也越大,经典鞘层内的月尘颗粒比空间饱和鞘层内的颗粒悬浮高度更大。
【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】：2015
【分类号】：P184.5

【参考文献】

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1 陈磊;李飞;任德鹏;蔡震波;;月面和近月空间环境及其影响[J];航天器工程;2010年05期

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本文编号：1298310