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空间等离子体环境对电子设备的充放电效应

作　者: 李小江
导　师: 贾建援
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 空间等离子体充放电效应鞘层理论时域特征分析
分类号: TN07
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

空间等离子体是影响各类航天电子设备的工作性能、使用寿命、工作可靠性的主要复杂电磁环境之一,它能通过充放电效应对电子设备造成干扰甚至破坏,是各类航天电子设备必须加以预防和克服的主要空间环境因素之一。本文立足于本专业的相关理论基础,结合经典等离子体理论、鞘层理论、电动力学理论以及现有的研究成果,提出了从时域角度研究空间等离子体对电子设备充放电效应的思路,分析推导了空间等离子体对电子设备充放电效应的时域特征:(1)在不考虑空间磁场影响的情况下,基于等离子体鞘层理论、Boltzmann-Maxwell方程,建立了一维空间等离子体对电子设备的充电模型,引入了时域特征变量和空域特征变量分离的空间等离子体鞘层动力学方程组。采用逆解析法求解空间等离子体鞘层动力学方程组,得出了合理的空间等离子体对电子设备充电的时域特征解;(2)根据典型的可引发危害性效应的空间等离子体环境参数,计算分析了电子设备被充电可达到的最大电位及充电时间。结合航天器的飞行速度,对航天器在空间等离子体中的充电时间和航天器进入空间等离子体所需的飞行时间作了分析比较,进一步说明了电子设备的失效或破坏是由充电时间差、电位差引起的;(3)分析了空间等离子体三种不同参数对电子设备的最大充电电位和充电时间的影响;(4)结合电子设备常见的接地方式,分析了在不同的接地方式下,电子设备被空间等离子体充电至最大电位后的放电机理。希望本文能为电子设备预防空间等离子体的充放电现象提供一定的借鉴和参考。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-16
  1.1 本文的研究背景  8-9
  1.2 相关领域的研究现状  9-14
    1.2.1 等离子体  9
    1.2.2 空间等离子体  9-10
    1.2.3 空间等离子体对电子设备充放电现象的研究现状  10-13
    1.2.4 国内外主要采用的研究方法  13
    1.2.5 我国研究现状简介  13-14
  1.3 目前研究中所存在的问题和本论文的主要工作  14-16
第二章相关的等离子体理论基础  16-24
  2.1 等离子体概述  16-17
    2.1.1 简介  16
    2.1.2 分类  16-17
    2.1.3 国内外应用现状  17
  2.2 等离子体的主要特征  17-24
    2.2.1 等离子体的组成成分  17
    2.2.2 等离子体粒子密度  17-18
    2.2.3 等离子体温度  18-19
    2.2.4 Debye屏蔽和Debye半径  19-21
    2.2.5 等离子体振荡和振荡频率  21-22
    2.2.6 等离子体鞘层  22-24
第三章等离子体鞘层理论  24-38
  3.1 等离子体鞘层的形成  24-30
    3.1.1 分布函数  24-25
    3.1.2 系数a的确定  25-27
    3.1.3 单位时间内与单位面积碰撞的粒子数Г  27-30
  3.2 等离子体鞘层电位的计算  30-35
    3.2.1 理论依据  30-31
    3.2.2 等离子体鞘层电位  31-33
    3.2.3 器壁电位  33-34
    3.2.4 鞘层宽度  34-35
  3.3 Bohm判据  35-38
    3.3.1 Bohm速度  35-37
    3.3.2 Bohm判据  37-38
第四章空间等离子体环境及其对电子设备的影响  38-46
  4.1 空间等离子体介绍  38-42
    4.1.1 空间等离子体环境  38-39
    4.1.2 电离层空间等离子体环境  39-40
    4.1.3 磁层空间等离子体环境  40-42
  4.2 空间等离子体对电子设备的影响  42-46
    4.2.1 电离层等离子体对电子设备的影响  43-44
    4.2.2 磁层空间等离子体对电子设备的影响  44-46
第五章空间等离子体对电子设备充放电效应的时域分析  46-68
  5.1 等离子体鞘层的形成  46-50
    5.1.1 粒子层模型假定  46-47
    5.1.2 等离子鞘层电位与电场  47-48
    5.1.3 鞘层的电荷分布密度与固体表面的面电荷储集  48-49
    5.1.4 粒子层的动量方程  49
    5.1.5 等离子体鞘层动力学方程组  49-50
  5.2 等离子鞘层动力学方程的求解  50-63
    5.2.1 逆解析方法  50-55
    5.2.2 状态方程解  55-59
    5.2.3 充电时间分析  59
    5.2.4 空间等离子体环境参数变化对充电电位和充电时间的影响  59-63
  5.3 空间等离子体对电子设备放电效应分析  63-68
    5.3.1 航天电子设备常见的接地方式  63-65
    5.3.2 空间等离子体对电子设备放电效应分析  65-68
第六章总结与展望  68-70
  6.1 总结  68
  6.2 展望  68-70
致谢  70-72
参考文献  72-74

空间等离子体环境对电子设备的充放电效应

内容摘要

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