塵埃顆粒帶電的機理及應(yīng)用研究.pdf

1、塵埃顆粒廣泛存在于宇宙空間、地球大氣層、工業(yè)生產(chǎn)和實驗室中，塵埃顆粒的帶電特性是其最重要的性質(zhì)。研究塵埃顆粒在不同環(huán)境下的帶電情況是帶電塵埃顆粒應(yīng)用的重要課題。本篇碩士論文主要研究塵埃顆粒收集電子離子帶電、電子束發(fā)射帶電和紫外源輻照帶電三種帶電機理，并將帶電塵埃顆粒應(yīng)用在兩個方面，第一個方面應(yīng)用在空間飛行器的推進系統(tǒng)中，以探索利用空間碎片加工為顆粒作為推進劑的新型電推進方式的可能性。帶電塵埃顆粒在這方面的應(yīng)用不僅可以減少空間環(huán)境污染，還

2、可以降低航天器攜帶推進劑的載荷重量，延長航天器的在軌運行時間。第二個方面應(yīng)用在“空間環(huán)境地面模擬裝置”的月塵艙中，用來模擬月表塵埃環(huán)境，闡明月塵充電的過程和規(guī)律，有利于開展空間物理的理論研究，消除月塵給航天器和宇航員帶來的問題。
　　本研究利用數(shù)值方法模擬空間塵埃顆粒在不同環(huán)境下的充電過程。關(guān)于塵埃顆粒帶電的機理在飛行器推進系統(tǒng)中的應(yīng)用，由模擬結(jié)果可知，在等離子體環(huán)境中，塵埃顆粒表面電荷數(shù)隨顆粒尺寸和電子溫度的增加而增加，不受電子

3、密度的影響；在電子束環(huán)境中，顆粒表面電荷數(shù)隨顆粒尺寸、電子溫度和電子密度的增加而增加，并且在短時間內(nèi)的帶電量很大；在紫外源的輻照下，顆粒表面電荷數(shù)隨顆粒尺寸和輻照度的增加而增加，但充電速度較慢。結(jié)合空間推進系統(tǒng)的實際工藝要求分析模擬結(jié)果，認為電子束發(fā)射方式和紫外輻射方式作為空間塵埃顆粒帶電的優(yōu)選方案。關(guān)于塵埃顆粒帶電的機理在月塵艙充電系統(tǒng)中的應(yīng)用，由模擬結(jié)果可知，在電子源的輻照下，月塵顆粒表面電荷數(shù)隨顆粒尺寸、電子槍流強和能量的增加而增