《航天器帶電原理：航天器與空間等離子體的相互作用》全面深入地介紹了航天器帶電的基本原理，包括空間等離子體環(huán)境造成的航天器表面帶電與高能電子輻射造成的航天器介質(zhì)深層帶電。書中還介紹了太空纜索、等離子體接觸器、超帶電、帶電抑制方法，反映本領(lǐng)域的最新研究進展。內(nèi)容包括地球空間等離子體環(huán)境、航天器與等離子體相互作用、二次電子和背散射電子、麥克斯韋等離子體中的航天器充電、勢阱和勢壘、航天器放電、介質(zhì)深層充電、帶電抑制方法、流星體碰撞及中性氣體釋放等。
《航天器帶電原理：航天器與空間等離子體的相互作用》可供航天器帶電領(lǐng)域高年級本科生、研究生及科技研發(fā)人員參考學習。
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目錄
前言
緒論 地球空間等離子體環(huán)境 1
P.1 太陽風 1
P.2 磁層 2
P.3 地磁亞暴 2
P.4 等離子體密度 3
P.5 電離層 3
P.6 極光區(qū) 4
P.7 輻射帶 5
P.8 空間等離子體環(huán)境與航天器帶電的相關(guān)性 7
參考文獻 7
第1章 航天器帶電簡介 8
1.1 什么是航天器帶電？ 8
1.2 航天器充電有哪些效應(yīng)？ 9
1.3 航天器帶電是如何發(fā)生的？ 11
1.4 電容充電 12
1.5 其他電流 13
1.6 航天器充電發(fā)生在哪兒？ 13
1.7 練習 16
參考文獻 17
第2章 像朗繆爾探針的航天器 19
2.1 軌道限制吸引作用 20
2.2 球面的電流收集 20
2.3 圓柱面的電流收集 21
2.4 平面的電流收集 21
2.5 評述 22
2.6 玻爾茲曼排斥因子 22
2.7 蔡爾德-朗繆爾飽和電流 23
2.8 練習 24
參考文獻 25
第3章 二次電子和背散射電子 26
3.1 二次電子發(fā)射 26
3.2 背散射電子 28
3.3 電子發(fā)射的總貢獻 28
3.4 評述 30
3.5 與入射角的關(guān)系 30
3.6 關(guān)于經(jīng)驗公式的評述 31
3.7 練習 31
參考文獻 32
第4章 在麥克斯韋等離子體中的航天器充電 33
4.1 速率分布 33
4.2 航天器起始充電臨界溫度：物理推理 34
4.3 電流平衡 35
4.4 帶電水平 37
4.5 軌道限制區(qū)的電流平衡方程 38
4.6 與實際衛(wèi)星數(shù)據(jù)的比較 39
4.7 練習 40
參考文獻 40
第5章 在雙麥克斯韋等離子體中的航天器充電 42
5.1 多重根一般理論 42
5.2 雙麥克斯韋空間等離子體 43
5.3 航天器電位的三重根狀態(tài) 43
5.4 三重根狀態(tài)的物理解釋 47
5.5 航天器電位的三重根跳變 48
5.6 遲滯 49
5.7 航天器三重根充電域 50
5.8 練習 54
參考文獻 54
第6章 勢阱與勢壘 55
6.1 引言 55
6.2 勢壘與勢阱的形成 55
6.3 勢壘對電子或離子分布函數(shù)的影響 57
6.4 實驗數(shù)據(jù)的解釋 58
6.5 由勢壘形成的雙麥克斯韋分布 58
6.6 自持充電 60
6.7 航天器尾流充電 62
6.8 練習 65
參考文獻 65
第7章 航天器在陽光下充電 67
7.1 光電流 67
7.2 表面反射 67
7.3 太陽主譜線 69
7.4 陽光下的航天器可能被充電到負電位嗎？ 69
7.5 航天器充電至正電位 70
7.6 負電位航天器的光發(fā)射電流 70
7.7 單極-偶極電位 72
7.8 光電子發(fā)射電流的人陷比例 74
7.9 單極與偶極的競爭 75
7.10 航天器光照下帶電電位的測量 76
7.11 練習 76
參考文獻 77
第8章 太空纜索、等離子體接觸器和鞘層電離 78
8.1 洛倫茲力 78
8.2 系繩切割環(huán)境磁場 78
8.3 裸線和導電系繩 81
8.4 等離子體接觸器的浮動電位 82
8.5 鞘層模型 83
8.6 鞘層電離 84
8.7 鞘層電離模型的數(shù)值模擬方法 86
8.8 鞘層電離的結(jié)果 87
8.9 理論分析與空間實驗的比較 88
8.10 練習 89
參考文獻 90
第9章 電子束撞擊引發(fā)的表面帶電 91
9.1 電子束的碰撞能量 91
9.2 電子束撞擊未帶電表面 92
9.3 電子束碰撞初始帶負電表面 92
9.4 電子束撞擊初始帶正電表面 94
9.5 總結(jié) 96
9.6 局限性 96
9.7 練習 97
參考文獻 97
第10章 電子束發(fā)射誘導航天器充電 98
10.1 無束流發(fā)射時的電流平衡 98
10.2 電子束發(fā)射 99
10.3 正電位充電 101
10.4 評述 102
10.5 練習 103
參考文獻 103
第11章 超帶電 104
11.1 大束流發(fā)射感應(yīng)充電 104
11.2 超帶電 106
11.3 實驗結(jié)果的物理解釋 106
11.4 長桿表面帶電 107
11.5 總結(jié) 108
11.6 練習 108
參考文獻 109
第12章 從航天器的離子束發(fā)射 110
12.1 航天器電位的主動控制 110
12.2 離子束的返回 112
12.3 電位減小的下限 113
12.4 空間電荷效應(yīng) 113
12.5 帶電粒子束的電荷交換 115
12.6 在離子束中的化學反應(yīng) 117
12.7 太陽光下的離子束 118
12.8 練習 119
參考文獻 120
第13章 航天器放電 122
13.1 引言 122
13.2 航天器放電的位置 122
13.3 表面放電的相似定律 124
13.4 木等量帶電 125
13.5 “刷狀火花”放電 126
13.6 帕邢和非帕邢放電 127
13.7 湯遜準則 127
13.8 關(guān)于閾值電壓的評述 129
13.9 放電時間的演變 129
13.10 放電的實驗室觀測 130
13.11 流星體或碎片碰撞誘發(fā)放電 131
13.12 練習 132
參考文獻 132
第14章 高能粒子透入材料 134
14.1 引言 134
14.2 高能帶電粒子在固體中的穿透特性 135
14.3 高能帶電粒子透入固體的物理過程 135
14.4 帶電粒子相互作用的玻爾模型 136
14.5 阻止本領(lǐng) 137
14.6 貝特-布洛赫方程 138
14.7 透入深度和射程 139
14.8 透入深度的近似公式 140
14.9 帶電粒子的穿透效應(yīng) 141
14.10 對航天員的影響 142
14.11 高能帶電粒子在材料中透入的科學問題 142
14.12 練習 143
參考文獻 144
第15章 航天器異常 145
15.1 引言 145
15.2 表面帶電引起的航天器異常 145
15.3 表面放電能量 148
15.4 與空間環(huán)境的關(guān)系 148
15.5 CRRES衛(wèi)星介質(zhì)深層帶電的證據(jù) 149
15.6 深層介質(zhì)帶電的結(jié)論性證據(jù) 150
15.7 輻射帶Twin衛(wèi)星上觀測到的異常 150
15.8 練習 153
參考文獻 154
第16章 介質(zhì)深層充電 155
16.1 引言 155
16.2 深層介質(zhì)帶電的重要性 155
16.3 高能電子和離子通量 156
16.4 高能電荷透入材料 158
16.5 介質(zhì)特性 158
16.6 歸結(jié)于深層介質(zhì)充電的觀察 163
16.7 高電場雪崩電離 164
16.8 相關(guān)問題和相關(guān)機理 165
16.9 莫特轉(zhuǎn)變 165
16.10 普爾-弗蘭凱爾強電場效應(yīng) 167
16.11 齊納擊穿 168
16.12 電子注量 169
16.13 介質(zhì)深層帶電的臨界注量 170
16.14 有泄漏時的電荷密度 171
16.15 關(guān)于航天器異常的評述 171
16.16 電子沉積在電子器件內(nèi)部的效應(yīng) 172
16.17 練習 173
參考文獻 173
第17章 抑制帶電的方法 176
17.1 引言 176
17.2 尖角法 177
17.3 熱燈絲發(fā)射法 178
17.4 導電柵網(wǎng)法 179
17.5 局部表面導電涂層法 179
17.6 高二次電子發(fā)射系數(shù)法 179
17.7 電子和離子發(fā)射法 180
17.8 DSCS帶電控制試驗 181
17.9 蒸發(fā)法 183
17.10 介質(zhì)深層充電 183
17.11 練習 183
參考文獻 184
第18章 流星體簡介 186
18.1 尺寸分布 186
18.2 流星雨 187
18.3 流星體速率極限 189
18.4 非雨狀流星體 190
18.5 碎片 191
18.6 流星體成分 191
18.7 練習 192
參考文獻 192
第19章 流星體碰撞 194
19.1 流星粒子的動能 195
19.2 透入深度 196
19.3 對流星碰撞的防護 198
19.4 流星體屏蔽 199
19.5 流星的碰撞概率 200
19.6 角動量的擾動 201
19.7 中性粒子碰撞產(chǎn)生二次電子和離子 201
19.8 中性粒子碰撞產(chǎn)生等離子體 202
19.9 航天器突發(fā)放電的風險 203
19.10 總結(jié) 204
19.11 練習 205
參考文獻 205
第20章 中性氣體釋放 208
20.1 電離和復合 208
20.2 臨界電離速率 211
20.3 中性束剝離 215
20.4 練習 216
參考文獻 216
第21章 補充知識和附錄 218
補充知識1：熱電子漂移 218
補充知識2：坐標變換 226
補充知識3：麥克斯韋分布的歸一化和維數(shù) 227
補充知識4：通量積分 228
補充知識5：能量分布 230
補充知識6：鞘淹沒 231
補充知識7：PN結(jié) 235
補充知識8：概率函數(shù) 239
附錄1：航天器帶電計算軟件 239
附錄2：在木星和土星上的航天器帶電 245
附錄3：物理常量和單位變換 249
致謝 251
索引 252
譯后記 255
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