等离子体鞘套对飞行器再入过程信号传播特性的影响分析

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1、第31卷第l期航天器环境工程V01．31，No．12014年2月SPACECRAFTENⅥRONMENTENGINEERING79htcp：／／、】n)眦bisee．ac．cnE-mail：htqhjgc@126．comTel：(010)68116407，68116408，68116544等离子体鞘套对飞行器再入过程信号传播特性的影响分析袁忠才(电子工程学院脉冲功率激光技术国家重点实验室&安徽省红外与低温等离子体重点实验室，合肥230037)摘要：再入飞行器表面所形成的等离子体鞘套会对通信信号的传播产生影响，甚至形成通信黑障。文章从电磁波在等离子体中的传播理论出发，分析建立鞘套对电磁

2、波吸收和反射的数学模型：并以数学模型为基础，编制面向对象的计算软件，考察影响通信信号传播特性的各种因素。结果表明，等离子体鞘套内的电子密度及其分布对通信信号的传播特性有重要影响，减小等离子体密度可显著降低信号的衰减。关键词：等离子体鞘套；通信黑障；数值仿真中图分类号：0435：TKl24文献标志码：A文章编号：1673—1379(2014)01—0079—04DOI：10．3969巧．issn．1673-1379．2014．01．015Analysisofcharacteristicsofreentrysheathanditseffectsoncommunica廿onYu锄Zhong

3、cai(s协tcKeyLabofPulsePowerLaserTecllllology&KeyLabofIn觑∽d孤dLowTempe删：urePlasmaofAnhuiPmvince，HefeiElec仃onicEnginee血gIIlstitute，Hefei230037，China)Abstract：PI弱masheamsun．oundingreenⅡyvehjcle砌uencesthe廿{msportofmecommllnicationsignal，eventlleresuhsiIlt11ecommuIlica廿onblackout．111echaract耐sticsofⅡ1

4、ereen时plasmasheathare锄alyzedill廿1ispaper．Basedon也etheoryofthewavepro】)agationin也eplasmaandwimconsiderationoftlleinhomogene时of廿leelec缸伽dens时in山ereen缸ysheam，amodelisbuilttoitlVestigatemerenection舭dtheabsofptionoftheelecn．0ma弘eticwavebytheshe抽．Wimmemodel，aIlobject．耐entedso胁areisdeVelopedtocalculat

5、etIlereen仃ycommunicationblackout锄dtoinVestigatethef如torsthatdetcrmiIletheco衄unicationblackout．Itisshown廿1at廿lepl嬲maelecmmdensi哆aIld“sdistributiond酏锄ine也e仃ansportoft11ecommunicationsignal．Inacertamrangeofmepl船maeIec仃ondensi哆(heblackoute丘bctexists，anditc锄sigIlificamlyweakenthesignala牡enuationt0de

6、creaseⅡleelec仃ondensity_Keywords：plasmasheaⅡ1；communicationblackout；numericalsimulation0引言当飞行器以高超声速再入大气层或在大气层内巡航时，气动加热导致其表面及周围空气热电离，从而形成一层包裹飞行器外表面的等离子体鞘套，反射或衰减飞行器与外界间的通信信号，甚至导致信号中断，这一现象通常被称为通信黑障。通信黑障将给飞行器的实时控制和安全性带来影响，尤其是随着大气层内高超声速飞行器的应用以及火星探测计划的开展，这一问题变得更为突出。例如在飞行器进入火星大气层的过程中，通信黑障会影响飞行器的飞行环境分析

7、及对飞行器的跟踪定位，从而直接影响探测任务的完成【1。21。在相关应用的驱动下，人们对于通信黑障的产生机理及可能的消除方法进行了大量研究【1。51，主要包括改变飞行器气动结构、磁开窗、采用高频通信、利用R锄an散射通信、注入亲电子物质以及引入交叉电磁场等。其中磁开窗方法是通过在通信天线周围引入外磁场来改变电磁波的传播模式，从而实现增透的目的。本文在分析再入等离子体鞘套的特征及其对收稿日期：2013．10．12；修回日期：2014．01．02基金项目：安徽省