地球空间尘埃等离子体的轨道运动研究

摘要

尘埃等离子体广泛存在于宇宙等离子体、工业等离子体、实验等离子体以及核聚变等离子体等系统中。近年来尘埃等离子体物理的研究在等离子体物理化学、电离气体、空间物理、天体物理、材料制备、微电子技术、甚至在生命科学也引起了广泛的关注。 随着人类航天活动的不断增多，地球轨道空间环境中的尘埃等离子体也受到越来越多的关注。在中低轨道空间环境中，存在来自宇宙空间的和人类航天活动产生的尘埃颗粒。这些尘埃颗粒在空间环境中受周围等离子体和空间辐射的作用，形成带电颗粒。带电尘埃颗粒又通过电磁力与等离子体相互作用。同时其受地球引力、电磁力、光压力和拖拽力等作用。这些尘埃颗粒具有很高的空间密度，在距离为400-250，000km的地球空间沿相当稳定的轨道运动，并形成他与赤道平面不同倾斜角的环状尘埃系统。 本文主要对地球轨道空间环境中尘埃等离子体进行了研究。根据地球轨道空间尘埃等离子体特征参数，建立了中低轨道尘埃等离子体的充电模型和带电尘埃颗粒在空间环境中的动力学模型，并通过模型.进行数值计算，分析了在轨道空间环境中带电尘埃颗粒的轨道分布以及轨道演化。最后还分析了带电尘埃颗粒对航天器的危害及防护策略。

目录

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第一章绪论

1.1尘埃等离子体的研究历史背景

1.2尘埃等离子体的基本性质

1.2.1尘埃等离子体的宏观中性条件

1.2.2德拜屏蔽

1.2.3特征频率

1.2.4库伦耦合参数

1.3尘埃等离子体的存在

1.4论文研究的意义及主要内容

第二章地球中低轨道中的尘埃等离子体环境

2.1地球中低轨道中的尘埃等离子体的存在和来源

2.2中低轨道中的尘埃等离子体对航天器的危害

2.3中低轨道的环境参数

2.3.1中低轨道的大气密度简化模型

2.3.2中低轨道的电磁场简化模型

2.3.3低地球轨道(LEO)中等离子体的物理参数

2.3.4地球中低轨道中短波紫外线光子流和软伦琴射线光子流

2.3.5尘埃颗粒

2.4地球空间环境中尘埃等离子体的受力

2.4.1电磁力

2.4.2重力

2.4.3光压力

2.4.4拖曳力

第三章地球空间环境中尘埃等离子体的充电过程

3.1尘埃等离子体的带电过程

3.2空间电荷限制模型和轨道限制模型

3.3利用轨道限制方法(OLM)得到的充电电流方程

3.4光辐射电流

3.5二次电子发射电流

3.6尘埃颗粒的充电

第四章尘埃颗粒受力的数值分析

4.1近地球轨道不同质量尘埃颗粒的所带电荷计算

4.2尘埃颗粒大小与受力关系

第五章中低地球轨道尘埃颗粒的演化与分布

5.1中低地球轨道尘埃颗粒的受力演化分析

5.2中低地球轨道尘埃颗粒的受力演化模型及数值分析

5.3尘埃颗粒大小与对道分布数值计算

第六章尘埃等离子体对航天的影响及对策

6.1尘埃等离子体对航天器的危害

6.2国外对尘埃颗粒研究

6.3尘埃颗粒的防护对策

七、总结与展望

7.1总结

7.2展望

引用

硕士期间研究成果

致谢