强冲击带电孔缝板诱导微波辐射经孔缝的传播特性

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当空间碎片撞击航天器带电表面时,撞击抛射出的等离子体极易引发航天器表面放电现象。若撞击发生在航天器安装孔及散热孔等周围时,撞击产生的等离子体、微波辐射会经孔缝耦合进入航天器内部,影响航天器的正常运行。因此,开展超高速撞击含孔缝带电靶板诱发微波辐射经孔缝的传播特性研究对于评估空间碎片撞击航天器产生的电磁效应对航天器的毁伤程度等具有重要价值。为揭示超高速撞击带电孔缝靶板诱发微波辐射经孔缝的传播特性与撞击速度,靶板充电电位的关联规律,建立了加载系统、模拟卫星结构(带电孔缝箱体)、测速系统、触发系统、微波测量系统、充放电测量系统和等离子体测量系统。通过开展不同撞击速度及不同靶板充电电压条件下7075铝弹丸撞击模拟卫星结构的实验,探究撞击侧及模拟卫星结构内部的等离子体特征参量、微波辐射特性及模拟卫星结构放电特性的分布规律。获得研究成果如下:(1)超高速撞击带电孔缝靶板时,撞击侧及模拟卫星结构内部的等离子体特征参数与靶板充电电压以及碰撞速度呈指数增加关系。其中,靶板充电电压对等离子体特征参量的作用更明显。(2)超高速撞击带电靶板产生的等离子体在靶板与铁丝网间形成放电通道。放电时间,放电电流峰值,电压降,放电消耗的电荷量随着充电电压和碰撞速度的提升而增加。(3)碰撞产生等离子体诱发的放电现象是影响微波辐射特性的主要因素,微波信号中的电磁脉冲出现在放电电流及放电电压时程曲线的拐点时刻。微波辐射能量随靶板充电电压及碰撞速度增加而增强。(4)电磁辐射单脉冲经孔缝耦合进入模拟卫星结构后的脉冲强度发生衰减,脉冲持续时间缩短,脉冲峰值后波形幅值比脉冲峰值前波形幅值的衰减程度大;模拟卫星结构内部的微波脉冲受到腔体调制的作用,微波脉冲的能量重新分配至腔体谐振点处,实验得到腔体谐振频为0.23GHz、0.8GHz、1.47GHz及2.1GHz;同时,在这些频率值处出现了脉冲强度增强。数值模拟得到的脉冲经孔缝耦合后的变化规律与实验结果有较好的一致性。本课题研究成果对分析微波信号经孔缝耦合的传播特征具有参考价值。
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