《電子技術(shù)應(yīng)用》
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電推進羽流電磁效應(yīng)仿真軟件研究與實現(xiàn)
2020年電子技術(shù)應(yīng)用第8期
楊 鑫1，2，李林茜3，魏 兵3
1.貴州大學 大數(shù)據(jù)與信息工程學院，貴州 貴陽550025； 2.半導(dǎo)體功率器件可靠性教育部工程研究中心，貴州 貴陽550025； 3.西安電子科技大學 物理與光電工程學院，陜西 西安710071
摘要： 結(jié)合時域有限差分法、物理光學法以及非均勻媒質(zhì)射線跟蹤方法，研究了電推進羽流對衛(wèi)星電磁傳輸環(huán)境的影響，開發(fā)了一款電推進羽流電磁效應(yīng)仿真軟件。因軟件采用低頻與高頻算法相結(jié)合的計算構(gòu)架，故可為這類問題分析提供寬頻域的解決方案。最后，通過C#平臺對所編制程序進行交互設(shè)置，為羽流-衛(wèi)星系統(tǒng)電磁特性分析提供了一種便捷的手段。研究結(jié)果對推動仿真軟件國產(chǎn)化可起到一定促進作用。
中圖分類號： TN014
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200283
中文引用格式： 楊鑫，李林茜，魏兵. 電推進羽流電磁效應(yīng)仿真軟件研究與實現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2020，46(8)：5-8.
英文引用格式： Yang Xin，Li Linqian，Wei Bing. An electromagnetic effect simulation software for electric propulsion plume[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(8)：5-8.
An electromagnetic effect simulation software for electric propulsion plume
Yang Xin1，2，Li Linqian3，Wei Bing3
1.College of Big Data and Information Engineering，Guizhou University，Guiyang 550025，China； 2.Engineering Research Center of Semiconductor Power Device Reliability，Ministry of Education，Guiyang 550025，China； 3.School of Physics and Optoelectronic Engineering，Xidian University，Xi′an 710071，China
Abstract： Combined with the finite difference time domain, physical optics and ray tracing in inhomogeneous media, the influence of the electric propulsion plume on the electromagnetic transmission environment around the satellite is studied, and the simulation software for the electromagnetic effect of the propulsion plume is developed. Because the algorithm uses a computational framework based both on the low-frequency algorithm and high-frequency algorithm, it can provide a broadband solution for the analysis of such problems. Finally, using C# platform, a convenient operation interface is obtained, which can provide an effective numerical simulation method for the analysis of the local electromagnetic environment of satellite, and make up for some deficiencies in this field.
Key words : electric propulsion plume；finite difference time domain method；physical optics method；ray tracing method

0 引言

    隨著航天理論與技術(shù)的發(fā)展，特別是在提高航天器有效載荷與深空探測的強烈需求推動下，傳統(tǒng)化學推進器的局限性愈發(fā)顯著，已成阻礙航天技術(shù)進一步發(fā)展的瓶頸問題。為克服這一問題，于上世紀提出的電推進動力系統(tǒng)逐漸成為研究的重點，并且國外已將該技術(shù)成功應(yīng)用于衛(wèi)星平臺[1-2]，但國內(nèi)尚處探索階段[3-4]。因電推進系統(tǒng)產(chǎn)生的羽流是由大量帶電運動粒子組成的，這種粒子系統(tǒng)具有等離子體特性，因而也稱之為等離子體羽流。顯然，羽流的存在會產(chǎn)生電磁輻射而影響衛(wèi)星電磁環(huán)境，必然對衛(wèi)星通信、導(dǎo)航以及相關(guān)電子元器件產(chǎn)生影響，甚至縮短衛(wèi)星壽命[5-6]。要減弱并盡可能消除這些負面影響，需進行大量的實驗研究。若在實際環(huán)境中以物理實驗方式分析相關(guān)問題，必然產(chǎn)生巨大經(jīng)濟代價；而且在太空中展開實驗，本身就有極高操作難度和風險。雖然可采用地面物理試驗以彌補空間試驗的不足，但僅單一地依靠物理試驗同樣會產(chǎn)生高額經(jīng)濟代價，同時也難以模擬太空的真實環(huán)境[7]。有鑒于此，實有必要輔以其他手段研究電推進羽流對衛(wèi)星電磁環(huán)境的影響。就有關(guān)研究看，通過研制新的軟件平臺，能夠?qū)ν苿釉搯栴}研究提供一條新的途徑。

    圍繞電推進羽流對衛(wèi)星電磁環(huán)境影響問題，本文設(shè)計了一款電磁效應(yīng)仿真軟件。算法上，該軟件采用時域有限差分方法(FDTD)、物理光學法(TDPO)以及非均勻媒質(zhì)射線跟蹤方法(RT)相結(jié)合的計算架構(gòu)，使其具備寬頻域的計算特點。然后，通過C#平臺封裝程序，得到友好操作界面，同時也易于軟件后續(xù)維護、更新和升級。就現(xiàn)有文獻來看，我國相關(guān)成果還較少，因而本款軟件對推動該領(lǐng)域計算軟件的國產(chǎn)化起到一定促進作用。




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作者信息:

楊  鑫1，2，李林茜3，魏  兵3

(1.貴州大學 大數(shù)據(jù)與信息工程學院，貴州 貴陽550025；

2.半導(dǎo)體功率器件可靠性教育部工程研究中心，貴州 貴陽550025；

3.西安電子科技大學 物理與光電工程學院，陜西 西安710071)

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