基于SPIS的月球表面充电模拟研究

目的研究月球表面不同等离子体环境下航天器表面充放电效应情况。方法利用欧空局开发的SPIS软件建模,并仿真模拟,通过分析表面电流种类、大小,得出不同环境下的一般性的充放电规律。结果月球表面探测器存在表面充电风险,磁鞘层、磁尾瓣、等离子体片及太阳风4种不同典型等离子体环境下表面充电电位差异较大,连接处充电电位存在分布不均匀的渐变现象。表面充电电位区间约为-1784~142 V。结论光照条件能显著影响探测器表面电位,特殊区域充电电位会受到临近区域充放电效应形成的新的小范围等离子体环境的影响。     

航天器表面充放电原理研究

全面介绍了航天器与空间离子发生表面充放电效应的原理,将航天器表面充电简化成电流平衡方程,通过确定电流的表达解析式来确定表面各点的电流变化,把航天器表面划分成若干个等效电路,更加直观地了解了航天器充电过程。从航天器表面充放电现象发现了充放电带来的危害,并详细从航天器构件接地方式、航天器结构设计、航天器电路电磁防护等方面阐述了航天器表面带电防护的方法。     

不同能量电子辐照下星用瑞侃导线性能退化研究

目的研究卫星上外露导线在空间辐射环境下的耐受能力。方法通过分析GEO轨道下在轨10年航天器外露瑞侃导线的辐照环境,研究低能和高能电子对导线性能的影响,地面模拟试验参数选择能量分别为45 keV和1 MeV,注量率均为8.3×10^10 e/(cm^2·s),总注量均为2×10^16 e/cm^2。考察瑞侃导线力学性能(断裂伸长率、拉伸强度)和电性能(击穿电压)的退化情况,并用XPS和SEM测试分析手段,对其电子辐照损伤机理进行研究。结果在不同能量电子辐照下,瑞侃导线的力学性能均略有下降,没有显著区别,而电学性能严重退化,且低能电子较高能电子对其电学性能影响更为严重,其击穿电压分别下降了100%和50%。结论通过剂量-深度分布计算,45 keV入射电子能量全部沉积在样品表层下数微米的深度范围内,完全被导线外皮吸收,对样品的损伤较大;而1 MeV入射电子能量绝大部分穿透表皮沉积在样品铜芯中,因而其性能退化情况相对低能电子较小。进一步的,通过SEM和XPS测试和分析发现,电子辐照造成瑞侃导线分子链降解,形成自由基以及气体,自由基的再交联是造成瑞侃导线损伤的重要机理。     

PI纤维在空间带电粒子辐照下的力学性能损伤

目的研究聚酰亚胺(PI)纤维在电子辐照、质子辐照、应力耦合质子辐照条件下力学性能的损伤行为。方法采用中国科学院长春应用化学研究所自主合成并纺丝制备的聚酰亚胺纤维,在空间环境模拟设备辐照的条件下,研究空间带电粒子对聚酰亚胺纤维辐照后的力学损伤行为,并通过XQ-1型纤维强度仪对辐照前后的样品进行拉伸试验。结果在低能电子辐照条件下,聚酰亚胺纤维的拉伸强度、模量和断裂伸长率均有所降低,但变化不太显著;高能电子辐照会提高材料的模量;质子辐照后,材料的拉伸强度和断裂伸长率随着辐照注量的增加明显降低;单一施加5%的应变会使聚酰亚胺纤维的拉伸力学性能有一定量下降。与单一应变样品相比,应力耦合质子辐照样品的拉伸强度和断裂伸长率进一步下降,但是与单一质子辐照样品相比,应力耦合辐照样品的拉伸强度和断裂伸长率都更高。结论无论是在低能电子辐照条件下,还是在高能电子辐照条件下,电子辐照对聚酰亚胺纤维力学性能影响均较微弱,而质子辐照会较大程度地降低材料的力学性能,增加应力耦合效应之后,质子辐照对材料的力学性能影响减弱。     

颗粒物表面酸碱特性与孔表面分形的研究

通过电位滴定试验,证明了5种颗粒物的表面存在着一定量的OH-受体,其表面位浓度(Hs)在0.1219～0.3134 mmo.·L-1之间,表面位密度(DoH)在0.8586～2.1305个·nm-2之间,且不同采样点的颗粒物,其表面位浓度和表面位密度差别很大.所采集的5种颗粒物的孔结构接近平行板狭缝,孔尺寸分布不是均一的,平均孔径分布范围较宽(1.8～76nm);BET比表面积为9.5669～34.5605 m2·g-1,累积脱附孔体积为0.01729～0.06711 cm3·g-1,BJH脱附平均孔径为5.6768～7.7388nm,处于中孔范围,且平均孔径均大于其PSD峰值对应的孔径.通过分形FHH方程模拟N2吸附和脱附等温线数据计算出这些颗粒物的孔表面分形维数Ds比较接近(2.68～2.82之间),但它们的分形标度区间不同.另外,采用热力学模型和分形FHH理论计算出的表面分形维数的差异主要归因于这些样品孔尺寸分布的不均一性.     

天水市大气降尘组成特征及表面电性模拟研究

对甘肃省天水市麦积镇大气降尘粒度分布及主要矿物组成进行了分析,并以实际降尘ζ电位作为参照,根据降尘中主要矿物组成的质量百分比,提出了计算法和混合法两种模拟大气降尘在水溶液中表面电性的方法.结果表明,麦积地区大气降尘属于可吸入颗粒粒度尺寸范畴,其主要矿物组成与质量含量为：石英（57.08%）、方解石（27.79%）、钠长石（10.29%）、白云母（4.84%）. 大气降尘在纯水中呈电负性,且ζ电位随着水溶液pH增加而减小.通过对比实际降尘与拟合方法所得到的ζ电位,发现两种拟合方式与实际降尘的ζ电位具有相似的变化趋势.降尘中矿物组成主导着降尘表面电位的大小和变化趋势,其对降尘表面电位的贡献率是最主要的.     

非离子表面活性剂在人工光源辐照下的光催化降解

在光催化氧化对5种典型非离子表面活性剂（NIS）和实际印染废水中NIS的去除效果的实验中,未见TiO₂有明显催化作用．光解30min,几种NIS的光降解率均达60％以上．NIS的光降解速率受NIS浓度和DO的影响较小;pH值降低有利于NIS的光降解,而在中性或弱酸性条件下,NIS光降解效率仍较好;投加H₂O₂可提高NIS的光降解速率,最适投加量为4.4×10^-4mol/L．对于实际印染废水,NIS的光降解去除率比生化法高且处理时间短得多,同时对COD、MBAS亦有较好的去除效果,表明光催化氧化是一项很有前途的NIS处理技术．     

防静电热控材料低能质子辐照试验研究

防静电热控材料是航天器上常用的热控材料之一,其在空间环境下的性能退化是航天器设计中必须考虑的问题。对几种航天器上常用的防静电热控材料进行了低能质子辐照试验,并原位测量样品的太阳吸收率和表面电阻率,对低能质子辐照下的性能退化规律进行了初步分析。试验结果表明,在低能质子辐照下,这3种材料的太阳吸收率都有不同程度的上升,而表面电阻率则呈现下降的趋势。     

电子辐照Kapton/Al薄膜力学性能退化规律与机理研究

目的为航天器用Kapton/Al薄膜材料的选用提供数据支撑和高性能Kapton/Al薄膜材料的研制提供理论支持。方法用综合辐照试验装置对Kapton/Al薄膜材料进行电子辐照,用拉力试验机对Kapton/Al薄膜材料开展力学性能拉伸试验,用XPS对其成分和微观结构进行测试分析。结果Kapton/Al薄膜材料的抗拉强度和断裂伸长率随着拉伸速度的增加而降低,随着电子辐照注量的增加呈指数减小,在电子辐照下,薄膜材料分子键发生断裂和交联,C—CO和C—N键断裂发生脱氧和脱氮反应,C—H基团相对含量增大。结论电子辐照将造成Kapton/Al薄膜材料力学性能降低,薄膜材料分子价健的断裂和交联是薄膜力学性能降低的主要原因。     

麦饭石矿物材料絮凝剂的制备及特性研究

利用矿物材料麦饭石高含铝量的组分特性,根据絮凝过程的基本原理,初次研制了具有特殊絮凝效果的无机絮凝剂。使用XRD分析仪和SEM扫描电镜对原材料和处理后的絮凝剂表面特性进行了表征分析,以水质的浊度和COD为处理目标函数,深入考察了投加量和p H的影响,得到了最佳的操作条件,并使用了Zeta电位仪,进一步探讨了絮凝前后水中Zeta电位对絮凝效果的影响。在投加量为600mg/L,p H为8时,污水浊度和COD去除率分别可以达到96.22%和82.50%,且絮凝过程具有矾花大、结构紧实、沉降速度快等特点。     

航天器内部充电评估软件的实现

在欧空局提供的FLUMIC模型的基础上,加入了地球同步轨道GOES卫星在2003--2009年大于2MeV的高能电子通量数据,验证改进了其在L=6．6Re处的理论公式;并利用FLUMIC模型在一般L值情形下的理论公式,设计编写了航天器内部充电评估软件。此软件能计算在一定的时间内,卫星在轨运行时可能遭受的粒子微分通量或积分通量值,以作为航天器高能辐射防护的设计依据。     

偶极荷电静电除尘器伏安特性及收尘性能研究

提出一种新型的静电除尘器,即偶极荷电静电除尘器,分析了其收尘机理,主要包括离子风、电场力及电凝并,利用PIV技术对离子风进行了测定,并对其伏安特性及收尘性能进行了实验研究,结果表明:离子风速度约为2m/s左右;偶极荷电静电除尘器的电晕电流及对微细颗粒物的除尘效率均远高于普通的静电除尘器。     

闽江口重金属污染特征及潜在生态风险评价

调查分析了闽江口表层沉积物中Cd、Pb、Cu、Hg、As含量及分布特征,并对重金属的潜在生态风险进行了评价。结果表明：闽江口表层沉积物中的重金属平均含量大小为Pb〉Cu〉As〉Cd〉Hg;重金属生态风险属Cd—Hg复合污染型,单个重金属潜在生态危害大小为Cd〉Hg〉As〉Cu〉Pb。     

低轨道卫星表面电位探测器探测数据分析

目的 了解太阳活动低年低轨道卫星表面充电的特征规律,为今后低轨道卫星表面充电的防护设计提供参考.方法 利用我国一颗低轨道卫星搭载的表面电位探测器数据,对探测到的2017—2019年的78次表面充电事件进行统计分析.重点研究78次事件的充电时长、电位峰值、时空分布等特征以及事件与地磁活动的关系.结果 在太阳活动低年,83.3％表面充电事件持续时间不超过1 min,80.7％表面充电事件的充电峰值绝对值不超过100 V;97.4％的事件出现在南半球高纬度地区;88.5％的事件发生在磁地方时的18至02时之间;当表面充电事件发生率不为0时,事件发生率和Kp指数的相关系数为0.97.结论 在太阳活动低年,表面充电事件的持续时间较短,并且强度不大.表面充电事件发生位置具有明显的南北不对称性,呈现南多北少的趋势.表面充电事件多发生于高纬度地区,在磁地方时的傍晚至午夜发生概率高.表面充电事件发生率和地磁活动具有较好的相关性.     

巴丹吉林沙漠腹地夏季不同天气条件下陆-湖面辐射收支与能量分配特征对比

论文以巴丹吉林沙漠腹地陆面和湖面能量平衡系统的定位观测数据为基础,对比分析了夏季不同天气条件下两种典型下垫面的辐射收支和能量分配之异同,评价了典型晴天的辐射收支与能量分配对季节平均气候态的代表性。结果显示,按“晴天-多云-阴天-降水”的顺序,陆面与湖面的总辐射、反射短波辐射和净辐射之日均值呈逐渐减小趋势,大气逆辐射则逐渐增大。湖面长波辐射亦随这一天气变化顺序逐渐增大,暗示地下水携带的热量和局地平流作用对湖水表面温度皆有影响。非降水天气时,陆面感热通量占净辐射的主要部分。云和降水皆会直接影响陆面的能量分配,感热通量一般随云量的增加而减小,潜热通量则逐渐增大。湖面典型晴天的午后存在逆温现象,然降水天气时,湖面空气温度降低较快,破坏了湖面上空的逆温层,即感热通量皆为正值。湖面的潜热通量主要决定于风速,故其对天气变化响应不明显。在地下水携带的热量和局地平流共同作用下,湖面的感热通量和潜热通量之和大于湖面的净辐射。不同天气下陆面和湖面的波文比差异较大。陆面典型晴天的辐射收支和能量分配与季节平均气候态相差不大,湖面的典型晴天则不具有季节平均气候态的代表性。     

滇池表层沉积物中重金属污染特征及评价

对1995~2011年滇池表层沉积物中As、Pb、Cd、Cr、Cu、Zn和Hg等7种重金属的含量及其分布特征进行了分析研究,结果表明,7种重金属元素的平均含量均明显高于云南省土壤背景值,10个沉积物采样点S1~S10均已受到不同程度的重金属污染,其中,草海的污染程度高于外海;相关性和主成份分析结果显示,滇池沉积物中As、Hg、Pb、Cd、Cu、Zn可能具有相同的污染来源。采用地质累积指数法和潜在生态风险指数法对1995~2011年滇池表层沉积物重金属污染状况进行了评价,结果表明,草海表层沉积物中重金属Igeo年均值在0.41~4.44之间,按污染等级划分,除Cr属"轻度"外,其它重金属元素均处于"中度"到"偏重度"污染;同期外海表层沉积物中重金属的Igeo年均值在0.41~2.59之间,Cd和Pb分别属于"中度"和"偏中度"污染,其它5种金属属于"轻度"污染,草海沉积物重金属的污染程度高于外海。草海7种重金属元素的RI均值为861.3,潜在生态危害达到了"严重"程度,各金属的生态危害程度顺序为Cd > Hg > As > Cu > Pb > Zn > Cr,Cd和Hg是主要的重金属生态危害因子;同期外海RI均值为236.4,达到"中等"生态危害程度,各金属的生态危害程度顺序为Cd > Hg > Pb > As > Cu > Cr > Zn,Cd是主要的重金属生态危害污染物。     

电子受体冲击条件下低有机质剩余污泥的高温厌氧水解酸化性能

剩余污泥水解酸化是其后续能源资源化的重要前提保障技术。针对低有机质剩余污泥,在55 ℃高温运行条件下,研究了电子受体冲击对剩余污泥水解酸化运行性能的影响,重点考察了水解酸化过程中水解、酸化效果和氮磷营养元素的释放。结果表明：采用短时曝气冲击模式能够有效提高厌氧水解酸化过程中污泥的去除率,短时曝气和对照组条件下污泥挥发性悬浮固体去除率分别为40%和31%。电子受体冲击条件下增加了溶解性化学需氧量(重铬酸钾法)的产率,尤其是蛋白质产率。引入电子受体冲击主要改善固体物质的降解效率,并不影响酸化的代谢模式,酸化产生的挥发性脂肪酸主要以丁酸型为主。氨氮释放、三维荧光和分子量分布均表明蛋白质类物质的差异主要在于水解阶段产生溶解性蛋白质浓度不同,而不是酸化阶段造成的差异。电子受体冲击尤其是短时曝气冲击是强化污泥水解酸化的有效技术途径。