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空间碎片环境建模及其电磁散射特性研究

周卓俊  
【摘要】:随着人类探空活动的不断深入,空间碎片不仅对航天器存在巨大威胁,而且碎片的增多还将导致空间轨道资源的进一步破坏。为了制定切实可行的碎片减缓措施,从而使空间资源得到更加有效地利用,空间碎片的电磁散射特性研究是一个十分重要的课题。本文从空间碎片的环境建模和椭球目标的尺度变换方法出发,结合尘埃等离子体理论、电离层基本特性以及空间碎片的分布特性,研究了空间背景下尘埃颗粒和危险碎片的电磁散射特性,论文主要工作如下: 本文首先详细介绍了空间碎片预估模型和空间碎片密度的构造方法,推导了空间碎片长期和短期预估模型和平均空间密度。计算结果表明,空间碎片随着人类探空活动的增多而增多,碎片的密度在极区出现了峰值。其次,根据坐标的尺度变换理论详细推导了椭球目标的电磁散射解析解。考虑电磁波沿不同方向入射的情况,分别计算了理想导体椭球目标和介质椭球目标的散射特性。再次,在讨论了空间尘埃的充电模型及其电子屏蔽云的散射特性之后,详细推导了尘埃等离子体受粒子碰撞和尘埃充电影响下的介电常数和电导率,并且结合坐标的尺度变换理论研究了尘埃等离子体环境下危险碎片的散射特性。最后结合电离层准抛物模型,分析了背景电离层和不规则性电离层的电子密度剖面,研究了背景电离层中电波传播特性以及背景电离层中单个及多个碎片的散射特性,推导计算了电离层不规则性发生时空间碎片的散射特性;利用单次散射近似方法,根据碎片的空间分布研究了碎片密集区域处多个碎片的电磁散射特性。


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