第三章 电离层与磁层探测V0312.ppt

航天飞行器的轨道推进 先进等离子体推进器 适用于深空探测的大功率、高比冲等离子体推进器 航天器的等离子体推进 功率变化范围广 几十到几千瓦 高效率、高比冲 效率超过65%，比冲1000-5000秒 长寿命 可以工作上万小时，相当与10年的卫星寿命，东方红四号卫星平台的首选推进方式 等离子体推进器 稳态等离子体推进器 SPT Hall thrusters (~1600 - 5000 s) 脉冲等离子体推进器 PPT 电弧等离子体推进器 Arcjets (1000 s) 微波等离子体推进器 MPT (~2000 - 5000 s) 离子发动机 Ion engines ( 3000 s) 微米推进器 MEMS Thrusters 总结 等离子体科学具有广泛的应用前景 从宇宙天体、外层空间、到聚变能源、纳米光学都需要等离子体理论 等离子体科学是一个很好的交叉学科的结合点 * 看似“神秘”的等离子体，其实是宇宙中一种常见的物质，在太阳、恒星、闪电中都存在等离子体，它占了整个宇宙的99％。 * 由地球表面向外，等离子体是几乎所有可见物质的存在形式，大气外侧的电离层、日地空间的太阳风、太阳日冕、太阳内部、星际空间、星云及星团，毫无例外的都是等离子体。 3.3电波在电离层的传播 3.3电波在电离层的传播 不考虑地磁场影响时，电波在电离层中的传播 3.3电波在电离层的传播 3.3电波在电离层的传播 慢行现象 寂静区 3.4各波段在电离层的传播特性 短波 衰落 衰落是接收信号强度的一种无规则变化。衰落时的信号强度可有几十到几百倍的变化。短波传输中的衰落现象是不同的几条电波射线在接收点干涉的结果。 3.4各波段在电离层的传播特性 图a 天波和地波 图b 天波中的高角波和低角波 、单跳与多跳传播 图c 寻常波和非常波之间的干涉 图d 电离层的漫射 3.4各波段在电离层的传播特性 回波现象 短波天线传播在某些适当的传播条件下，即使在很大的距离上也只有较小的传输损耗，电波可能连续的在电离层内多次反射或在电离层与地表之间来回反射，有可能环绕地球再次出现，称为环球回波。在接收机中，若出现了信号回复，犹如在山谷中出现回声那样，这往往是出现了回波现象 3.4各波段在电离层的传播特性 （a）反向回波；　（b）正向回波 3.4各波段在电离层的传播特性 中波传播（300KHz－3MHz） 地面波和天波传播 地面波传播，与长波相比，由于波长短，地面损耗大，且绕射能力差，所以传播的有效距离比长波近，但比短波远，一般为几百千米 中波在电离层临界频率以下，故可以反射，通常在E区反射 白天靠地面波传播，晚上既有地面波也有天波传播 3.4 各波段在电离层的传播特性 长波传播（30KHz－300KHz） 在大气波导内来回反射 长波传播特点： 传播损耗小 场强有较明显的日变化 场强的季节变化不明显 传播情况稳定 概念：所谓等离子体就是被激发电离的气体。达到一定的电离度，气体处于导电状态，这种状态的电离气体就表现出集体行为，即电离气体中每一带电粒子的运动都会影响到其周围带电粒子，同时也受到其他带电粒子的约束。由于电离气体整体行为表现出电中性，也就是电离气体内正负电荷数相等，称这种气体状态为等离子体态。由于它的独特行为与固态、液态、气态都截然不同，故称之为物质第四态。 3.5 等离子体介绍 宇宙中90％物质处于等离子体态 天然等离子体：以闪电、极光的形式。 　　地球表面向外，等离子体是几乎所有可见物质的存在形式 日常生活中：日光灯、电弧、等离子体显示屏、臭氧发生器 典型的工业应用：等离子体刻蚀、镀膜、表面改性、喷涂、烧结、冶炼、加热、有害物处理 高技术应用：托卡马克、惯性约束聚变、氢弹、高功率微波器件、离子源、强流束、飞行器鞘套与尾迹 固体 冰 液体 水 气体 水汽 等离子体 电离气体 温度 00C 1000C 100000C 普通气体 等离子体 放电 放电是使气体转变成等离子体的一种常见形式 等离子体 ? 电离气体 等离子体是高度电离的气体． 自由基粒子 原子 分子 离解 激发 激发态分子 电子、离子 原子 电离 激发 激发态原子 普 通 气 体 等 离 子 体 特点： １）粒子具有高能量，是极活泼的反应性物种； ２）化学反应在高激发态下进行的，具有特大活化能的体系； ３）粒子群集体运动； ４）导电流体，宏观电中性（空间电荷抵消） ５）带电粒子系，运动受到磁场的支配． ２、等离子体的特点? 发生 方法 气体 放电 热电离 激波 电离 光电离 辐射 电离 燃烧 电离 　场致 　电离 ３、如何得到等离子体? 气体放电：是指在电场作用下气体被击穿而导电的物理现象， 　　　　　由此产生的等离子体叫作气体放电等离子体。 放电是使气体转变成等离