一种主动冲击波削弱等离子体鞘套的突破通信黑障的方法技术

本发明专利技术属于缓解飞行器通信黑障技术领域，公开了一种主动冲击波削弱等离子体鞘套的突破通信黑障的方法，利用主动放电技术产生冲击波，对等离子体鞘套进行扰动，改变等离子体电子密度分布和位形，削弱等离子体鞘套内的电子密度，进而缓解飞行器通信黑障的效应，为电磁波信号的传输提供通信窗口。本发明专利技术利用放电产生的冲击波，对等离子体鞘套进行扰动，降低等离子体化的空气层厚度以及密度，从而削弱黑障效应，具有低成本，无毒无腐蚀无污染的优点；利用主动放电产生的冲击波，对等离子体鞘套进行扰动，为电磁波信号的传输提供通信窗口，对缓解航天器通信黑障的研究具有重要意义，能够解决现有缓解通信黑障系统大质量、高功耗、通信可靠性差的问题。可靠性差的问题。可靠性差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种主动冲击波削弱等离子体鞘套的突破通信黑障的方法


[0001]本专利技术属于缓解飞行器通信黑障
，尤其涉及一种主动冲击波削弱等离子体鞘套的突破通信黑障的方法。

技术介绍

[0002]目前，高速飞行器再入大气层时，空气被急剧压缩，飞行器前端会形成一道强激波。由于飞行器壁面与空气分子产生强烈摩擦，飞行器周围空气的温度、压力急剧升高，使空气中分子和原子的电子被激发到高能级，发生电离，出现离子和自由电子，在飞行器的外围形成等离子体鞘套。电磁波在等离子体鞘套内传播过程中，因被等离子体鞘套反射、吸收，电磁波强度产生衰减，并出现偏折、延时、相移等效应，从而导致用于通信的电磁波传输衰减或反射，此时地面与飞行器之间的无线电通信便中断了，这就是通常所说的黑障现象。黑障的出现给高速飞行器的测控通信、制导带来极大的困难，产生一系列不可控问题。目前，针对黑障效应的突破研究主要分为主动和被动两种方式，其中主动突破是指通讯频率大于等离子体的固有频率即可穿过黑障实现通信，而被动突破主要是采用各种手段实现黑障开窗，比如采用尖头结构来实现削弱等离子体层，起到开窗的作用。
[0003]由于等离子体鞘套产生的过程和机理相对较复杂，等离子体具有复杂的特性，目前的技术不能完全消除黑障，并且现有缓解黑障效应的方法与装置大多处于理论与实验阶段。在实际中，为了减弱黑障的效应，一方面，人们通过设计理想的再入体的形状和喷射一些亲电子物质来消除或减弱等离子鞘套。另一方面，人们改善通信和测量的方法和设备，例如增加信号的频率和功率，在等离子体鞘套最薄的位置安装天线等。但是这些方法只能缩短信号中断的时间，不能完全解决黑障的问题。此外，人们也提出了一些概念方法如稳态磁窗法、采用交叉电磁场的方法等，依然停留在模拟和实验阶段。
[0004]虽然亲电子物质法和稳态磁窗法相对而言较具可行性，但是到工程应用还面临较大的障碍。亲电子物质法需要的工件质量很大，而稳态磁窗法需要稳态磁场，电能要求大，导致航天器的有效载荷减小，这些技术瓶颈限制着它们的进一步应用。另一方面利用磁场对等离子体进行位形调控，效率也偏低。近年来世界许多国家和地区都在争先恐后地探索临近天空，缓解再入航天器的通信黑障显得更为迫切。
[0005]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0006](1)目前的技术不能完全消除黑障，并且现有缓解黑障效应的方法与装置大多处于理论与实验阶段；同时，现有通信黑障系统存在大质量、高功耗、通信可靠性差的问题。
[0007](2)现有方法只能缩短信号中断的时间，不能完全解决黑障的问题，且依然停留在模拟和实验阶段，到工程应用还面临较大的障碍。
[0008](3)亲电子物质法需要的工件质量很大，而稳态磁窗法需要稳态磁场，电能要求大，导致航天器的有效载荷减小，这些技术瓶颈限制着它们的进一步应用；另一方面利用磁场对等离子体进行位形调控，效率也偏低。
[0009]解决以上问题及缺陷的难度为：上述方法无法高效的对等离子体鞘套进行调控，
利用脉冲功率技术，在瞬间产生高能脉冲，产生放电等离子体，把能量瞬时注入等离子体内部，形成高温加热，产生冲击波对等离子体鞘套进行扰动，削弱等离子体鞘套的电子密度，使电磁波透过等离子体鞘套。
[0010]解决以上问题及缺陷的意义为：利用主动脉冲放电冲击波扰动等离子体鞘套，削弱等离子体鞘套电子密度，使电磁波透过等离子体，实现高超声速飞行器，如载人飞船返回舱等可以在全程与地面进行通讯，缓解航天员的心理焦虑。同时，也可以全程监测飞行器的状态，获取更多的实时数据。

技术实现思路

[0011]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种主动放电调控飞行器等离子体鞘套的方法，尤其涉及一种主动放电技术调控飞行器黑障区等离子体的方法。
[0012]本专利技术是这样实现的，一种主动冲击波削弱等离子体鞘套的突破通信黑障的方法，所述主动冲击波削弱等离子体鞘套的突破通信黑障的方法包括：利用高功率脉冲电源驱动放电间隙产生主动放电，利用主动放电技术产生超声速冲击波，对等离子体鞘套进行扰动，改变等离子体电子密度分布和位形，削弱等离子体鞘套内的电子密度，进而缓解飞行器通信黑障的效应，为电磁波信号的传输提供通信窗口。
[0013]进一步，所述主动放电技术为利用高重复频率纳秒脉冲电源，驱动间隙放电，利用放电产生的冲击波，对等离子体鞘套进行扰动，从而改变等离子体鞘套的电子密度、碰撞频率以及位形分布。
[0014]进一步，所述高重复频率纳秒脉冲电源的重复频率超过200kHz。
[0015]进一步，所述主动冲击波削弱等离子体鞘套的突破通信黑障的方法，还包括：
[0016]在气体放电过程中会产生等离子体，产生的等离子体与等离子体鞘套融合可能会使其电子密度增加，从而加重黑障效应，但是这个过程仅仅持续数微秒；放电过程中由于能量聚集在放电通道，加热气体，从而使气体发生膨胀，当放电能量足够强的时候，产生冲击波；产生冲击波属于气动过程，与放电过程相比速度较慢，演化时间较长，利用冲击波与等离子体鞘套相互作用的效应，可以改变等离子体鞘套内部的电子密度分布，产生一个低电子密度区域，这个过程持续时间约为数毫秒，利用此时间窗口即可提高通信质量，缓解黑障效应。
[0017]本专利技术的另一目的在于提供一种所述的主动冲击波削弱等离子体鞘套的突破通信黑障的方法在高温等离子体流场调控中的应用。
[0018]本专利技术的另一目的在于提供一种所述的主动冲击波削弱等离子体鞘套的突破通信黑障的方法在高温等离子体流场参数诊断中的应用。
[0019]本专利技术的另一目的在于提供一种所述的主动冲击波削弱等离子体鞘套的突破通信黑障的方法在流场显示中的应用。
[0020]本专利技术的另一目的在于提供一种所述的主动冲击波削弱等离子体鞘套的突破通信黑障的方法在等离子体隐身中的应用。
[0021]本专利技术的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述的主动冲击波削弱等离子体鞘套的突破通信黑障的方法。
[0022]本专利技术的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述的主动冲击波削弱等离子体鞘套的突破通信黑障的方法。
[0023]结合上述的所有技术方案，本专利技术所具备的优点及积极效果为：本专利技术提供的主动冲击波削弱等离子体鞘套的突破通信黑障的方法，利用主动调控技术，对飞行器黑障区的等离子体鞘套进行调控，用于调整等离子体鞘套的电子密度、碰撞频率以及位形分布等，进而缓解飞行器通信黑障的效应，能够解决现有缓解通信黑障系统大质量、高功耗、通信可靠性差的问题。本专利技术提出的主动放电电源效率超过70％，可以将更多的能量沉积在等离子体内部，用于冲击波的产生。本专利技术提出的主动放电电源包括触发模块，脉冲电流源放电模块，其中触发模块电压超过20kV，脉冲电流源电流超过30kA，脉冲超过1ms，指标超过现有指标。本专利技术提出的主动放电系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种主动冲击波削弱等离子体鞘套的突破通信黑障的方法，其特征在于，所述主动冲击波削弱等离子体鞘套的突破通信黑障的方法包括：利用主动放电技术产生冲击波，对等离子体鞘套进行扰动，改变等离子体电子密度分布和位形，削弱离子体鞘套内的电子密度。2.如权利要求1所述的主动冲击波削弱等离子体鞘套的突破通信黑障的方法，其特征在于，所述主动放电技术为利用高重复频率纳秒脉冲电源，驱动间隙放电，利用放电产生的冲击波，对等离子体鞘套进行扰动，改变等离子体鞘套的电子密度、碰撞频率以及位形分布。3.如权利要求2所述的主动冲击波削弱等离子体鞘套的突破通信黑障的方法，其特征在于，所述高重复频率纳秒脉冲电源的重复频率超过200kHz。4.如权利要求1所述的主动冲击波削弱等离子体鞘套的突破通信黑障的方法，其特征在于，所述主动冲击波削弱等离子体鞘套的突破通信黑障的方法，还包括：在气体放电过程中会产生等离子体，产生的等离子体与等离子体鞘套融合可能会使其电子密度增加，从而加重黑障效应，但是这个过程仅仅持续数微秒；放电过程中由于能量聚集在放电通道，加热气体，从而使气体发生膨胀，当放电能量足够强的时候，产生冲击波；产生冲击波属于气动过程，与放电过程相比速度较慢，演化时间较长，利用冲击波与...

【专利技术属性】
技术研发人员：张佳，张鹏飞，白博文，刘鑫，林梦娇，李小平，刘彦明，包为民，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：