等离子体Intro(王晓刚)

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1、从宇宙起源到纳米光学——等离子体科学及其应用王晓钢浙江大学聚变理论与模拟中心2006年12月8日OUTLINE宇宙天体的磁场起源等离子体空间科学等离子体信息技术等离子体航天技术纳米光学与等离子学宇宙天体的磁场起源OUTLINE问题的提出Dynamo理论存在的挑战问题的提出2005年重大科学新闻之一：Voyager飞出日球层的TerminateShock——太阳磁场的边界宇宙中天体存在自身磁场银河系也具有自身磁场甚至银河系际空间也有磁场从哪里来？大爆炸时就有了，还是后来形成的？Dynamo理论宇宙中充满等离子体等离子体的运动可以看成

2、流体的湍动而磁场Dynamo理论从磁感应方程我们称平均的感应电场为dynamo在线性近似下Dynamo理论在线性理论中，dynamo是指数增长的；增长系数是等离子体的流体湍流场的关联；等离子体的微观（小尺度）湍动产生宏观（大尺度）的磁场存在的挑战非线性效应推导出的dynamo本身是准线性近似现有的平均场指数增长是线性的结果Backreaction非理想等离子体效应电阻的影响Halldynamo时间尺度是否足够长？等离子体空间科学OUTLINE空间天气与空间环境国际空间天气计划国家地球空间双星探测计划行星际空间夸父探测计划空间天气与

3、空间环境空间天气的主要形式是:CME:CoronalMassEjectionSolarWindSpaceWeather:GeospaceStorms&Substorms地球空间天气和空间环境直接影响航天飞行、卫星发射与运行、通讯和高纬度区电网空间天气预报是空间开发的第一步国际空间天气计划ISTP：InternationalSolar-TerrestrialPhysicsILWS:LivingwithStarsESA：EuropeanSpaceAgencyClusterIINASA，JapanPolar，Geotail，Wind

4、,…双星—Cluster计划我国第一次科学研究卫星计划2003年12月发射TC-1，2004年7月发射TC-2赤道星TC-1：磁层顶，磁尾电流片极轨星TC-2：极间区，极光现象与ClusterII配合，第一次地球空间六点观测夸父计划计划要点：2012年发射，L1+极轨三星探测计划Kuafu-A卫星在第一Lagrange点Kuafu-B1&B2在极轨共轭点多层成像观测CME的发展和Substorm全球图象日地Lagrange点夸父计划主要突破轨道配置：L1+双极轨三星分布14点联合探测：太阳周围，SolarOrbiter（1），So

5、larWindSentinels（4）；+地球周围，RBST（2），MMS（4）；+Kuafu（4）观测特性：连续极光和环电流观测，CME三维图象等离子体信息技术OUTLINE等离子体天线技术等离子体天线原理等离子体电子对抗等离子体宽带技术等离子体隐身技术等离子体隐身原理等离子体隐身应用等离子体天线原理金属中存在自由电子金属表面产生电磁波与表面电磁波的耦合：信号的发射和接收等离子体由离子与自由电子组成等离子体表面电磁波等离子体表面波发生装置：Surfatron等离子体天线等离子体电子对抗等离子体天线的隐身性能无金属天线功率转换效率

6、高：体积小，容易携带等离子体天线的载波特性频率连续可调频率切换时间短（微秒）等离子体天线的自身防护方向性好、主频率单色性好无金属接收部分，与“后方”完全绝缘等离子体宽带技术等离子体的宽带特性主载频的连续可调（特征时间：微秒）等离子体运动模式多样性：自身宽带特性等离子体参数变化容易控制：频率可直接控制，省去“后方”庞大电子线路等离子体3G技术宽带特性宽波束特性等离子体隐身原理等离子体中存在各种频率的运动模式高频电磁波与电子运动模式耦合将能量传给等离子体高速运动的电子与中性粒子碰撞将运动能量转换为热等离子体的电磁波吸收等离子体隐身应用

7、飞行器的等离子体隐身（雷达波段：GHz）作战飞机的战场隐身：防预警导弹发射阶段的隐身：突破TMD地面与水面目标的等离子体隐身：防精确打击小结等离子体作为电磁介质的“材料特性”等离子体与电磁波相互作用研究等离子体航天技术OUTLINE航天飞行器的空间环境地球空间环境与空间天气航天飞行器的空间环境航天器的等离子体推进等离子体推进介绍等离子体推进器（Plasmathrusters）航天飞行器的空间环境航天飞行器的等离子体环境表面充电（太阳能电池板的充电对探测一号的影响）鞘层、屏蔽、尾流效应等对卫星通信和控制的影响（GALELIO号的尾流

8、影响）航天飞行器的能量辐照环境热环境的影响高能量粒子的轰击中子辐照有效载荷的电磁环境有效载荷与卫星的整体电磁相容性表面电荷存在对仪器读数的影响表面鞘层的影响尾流对输出的影响感生磁场的影响空间风暴对卫星的影响控制系统甚至卫星本身遭到损坏探测二号的姿控