减缓黑障的电磁方法研究

摘要

航天飞行器在再入大气过程中，由于其高速运动，飞行器表面被一定厚度的等离子层所包覆，称为等离子鞘套。等离子鞘套对电磁波具有反射、散射与吸收作用，对飞行器的通信产生影响，严重时甚至会导致通信中断，即出现黑障现象。研究如何减弱等离子体对电磁波的衰减作用对再入过程中航天飞行器的安全返回具有重要意义。
　　本文分析了再入通信的影响因素，主要是电磁波频率、等离子体密度、等离子体粒子碰撞频率。建立相应模型，根据给定的等离子体特性参数，进行计算仿真。分析电磁波在均匀磁化等离子体中的衰减特性；分析外加电场、电磁场对等离子体电子密度分布的影响以及对减缓通信黑障的作用。针对RAM-C试验数据，对于GPS信号分析外加磁场、电场、电磁场减缓黑障的作用。
　　电磁波在均匀磁化等离子体中传播，在强磁场下电磁波透射功率增加，能够较好的减小等离子体对电磁波的衰减作用；等离子体外加电场、电磁场，在负电极附近形成低电子密度区域，由于等离子体电子密度越低对电磁波的衰减作用越小，因此电子密度降低有利于电磁波的传播，减小通信黑障区高度。仿真结果表明，在低碰撞频率条件下，当等离子体电子密度在不高于1011cm-3量级时，外加电场、电磁场能够形成一个有效宽度的低电子密度区域，从而有助于减缓再入通信的黑障现象。