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第1章 绪论 1

1.1 粒子束技术 2

1.1.1 加速器的基本构成 3

1.1.2 加速器的发展现状 3

1.1.3 加速器的应用 5

1.2 粒子束技术的军事应用 8

1.2.1 粒子束武器发展现状 8

1.2.2 粒子束武器系统组成 11

1.2.3 粒子束武器核心技术 12

1.3 粒子束技术空间应用的局限性 15

1.3.1 毁伤机理 15

1.3.2 粒子束系统 16

1.3.3 传输问题 16

1.4 粒子束技术空间应用可能性分析 18

1.4.1 航天器技术构成发生显著变化 18

1.4.2 重离子型粒子束技术空间应用可行性分析 19

1.4.3 电子型粒子束技术空间应用可行性分析 19

1.5 小结 20

参考文献 21

第2章 空间电子型粒子束技术 23

2.1 硬毁伤的概念与内涵 25

2.1.1 硬毁伤所需能量 26

2.1.2 能量的时空分布对阈值的影响 28

2.1.3 “通用”硬毁伤标准 30

2.2 硬毁伤型空间电子束定向能装置参数设置 33

2.3 硬毁伤型空间电子束技术应用局限性 36

2.4 功能损伤的概念与内涵 39

2.5 小结 43

参考文献 44

第3章 高能电子束与目标的相互作用 46

3.1 电子与材料原子的微观作用 49

3.1.1 电子的电离能损 50

3.1.2 电子的辐射能损 50

3.2 电子束与物质的相互作用 52

3.2.1 入射电子产生的信息 53

3.2.2 电子与固体作用产生的发射电子谱 54

3.2.3 电子吸收和射程 55

3.3 能量电子对介质材料的充放电现象 57

3.3.1 充放电机理 57

3.3.2 充放电建立条件 58

3.3.3 自然空间环境的充放电特点 60

3.3.4 充放电效应对航天器的影响 63

3.4 能量电子对半导体材料和器件的影响 66

3.4.1 电子对半导体材料和器件的作用机理 66

3.4.2 电子对半导体材料的影响实例 67

3.4.3 电子对NPN晶体管的辐照损伤实例 69

3.5 能量电子引起单粒子效应 73

3.6 能量电子对太阳能帆板的影响 77

3.6.1 太阳能电池简介 77

3.6.2 太阳能电池工作的基本原理 78

3.6.3 能量电子作用空间太阳能电池的失效原理 79

3.6.4 高能电子辐照对太阳能电池的影响实例 80

3.7 能量电子对微波部件的影响 88

3.7.1 能量电子对微波器件的影响机制 88

3.7.2 微放电效应建立的条件 89

3.7.3 微放电效应对航天器载荷的影响 91

3.7.4 能量电子引起的增强微放电效应 92

3.8 小结 96

参考文献 98

第4章 空间环境 102

4.1 空间环境基础 103

4.1.1 引力场与微重力 103

4.1.2 真空 104

4.1.3 电离层 104

4.1.4 地球磁场与磁层 106

4.1.5 地球电场 108

4.2 空间辐射环境 109

4.2.1 带电粒子辐射 109

4.2.2 太阳电磁辐射 114

4.2.3 人工辐射 114

4.3 空间等离子体环境 116

4.3.1 等离子体的基本特性 116

4.3.2 等离子体环境 118

4.4 空间环境对航天器的影响 119

4.4.1 高能带电粒子环境的影响 120

4.4.2 空间等离子体环境的影响 122

4.5 空间磁场分类及特点 124

4.6 空间磁场建模 128

4.6.1 地球磁场建模 128

4.6.2 磁层磁场模型 132

4.6.3 磁场建模讨论 134

4.7 小结 136

参考文献 137

第5章 粒子束空间传输 141

5.1 带电粒子束传输物理基础 142

5.1.1 单粒子动力学基础 142

5.1.2 束流特征参数 144

5.1.3 真空束流传输理论 145

5.1.4 虚阴极及限制电流 146

5.2 基于等离子体的空间传输理论 148

5.2.1 空间传输损耗 148

5.2.2 基于等离子体背景的束流扩散 150

5.2.3 电流中和效应 150

5.2.4 空间电荷效应 151

5.2.5 空间传输两大难点 151

5.2.6 空间传输其他重要问题 154

5.3 电子束空间传输解析方法 157

5.3.1 基于电荷中和的束流传输线性束理论 157

5.3.2 单粒子运动方程 157

5.4 PIC模拟方法 159

5.4.1 方法流程与物理基础 160

5.4.2 离散网格与离散时间模型 161

5.4.3 电磁场算法 162

5.4.4 宏粒子模型 163

5.4.5 粒子运动方程 164

5.4.6 粒子与场互作用算法 165

5.4.7 方法应用讨论 169

5.5 小结 170

参考文献 171

第6章 空间电子束系统 173

6.1 空间电子束系统组成 174

6.1.1 电子束加速系统 175

6.1.2 空间大功率微波源技术 175

6.1.3 空间碎片目标跟踪、瞄准与束流控制系统 176

6.2 空间电子束系统应用需考虑的其他问题 178

6.2.1 热控系统 178

6.2.2 电子产生与平台维持中性一体化技术 178

6.3 小结 180

参考文献 181

第7章 电子束加速技术 183

7.1 加速器技术概述 184

7.1.1 加速器类型讨论 184

7.1.2 系统方案组成 185

7.2 行波电子直线加速器的基本原理 189

7.2.1 行波电子直线加速器的加速原理 189

7.2.2 行波电子直线加速器的主要参数 190

7.2.3 盘荷波导电磁场理论及计算 194

7.3 行波电子直线加速器物理设计 203

7.3.1 基本参数设计 203

7.3.2 耦合器 206

7.3.3 聚束段与加速腔 213

7.3.4 不同相位电子聚束与加速分析 214

7.3.5 物理参数与几何公差的关系 217

7.4 行波电子直线加速器聚焦系统设计 219

7.4.1 螺线管线圈 219

7.4.2 永磁体 221

7.5 束流集体不稳定性 222

7.6 空间加速器技术探讨 224

7.7 小结 226

参考文献 227

第8章 空间大功率微波源技术 229

8.1 大功率微波源在空间电子束系统中的地位与作用 230

8.2 空间大功率微波源的系统组成 232

8.3 初级能源系统 234

8.3.1 电源供给系统 234

8.3.2 储能系统 236

8.3.3 空间大功率微波源系统初级源方案简析 241

8.4 脉冲调制技术 244

8.4.1 脉冲调制器的分类 244

8.4.2 线型脉冲调制器 245

8.4.3 刚管调制器 247

8.4.4 全固态刚管调制器 248

8.4.5 空间大功率微波源系统脉冲调制器方案简析 252

8.5 微波管 253

8.5.1 微波管的类型 253

8.5.2 微波管的发展 256

8.5.3 空间大功率微波源系统微波管应用简析 259

8.6 空间大功率微波源辅助系统 260

8.6.1 控制系统 260

8.6.2 热控系统 261

8.7 空间Ku波段MW级微波源设计案例 263

8.7.1 参数及工作要求 263

8.7.2 系统设计 263

8.7.3 系统指标 269

8.8 小结 271

参考文献 272

第9章 天基系统的热控技术 274

9.1 航天器空间热环境及热交换 275

9.1.1 航天器空间热环境 276

9.1.2 航天器的热交换 276

9.2 航天器常用热控技术 280

9.2.1 被动热控技术 280

9.2.2 主动热控技术 285

9.3 天基粒子束装置温控系统研究现状 288

9.4 天基电子束系统对热控系统的要求 291

9.5 大功率微波管的热控方法 293

9.6 空间高能电子加速器热控方法 295

9.7 小结 297

参考文献 298

第10章 空间电子束系统电子补给技术 300

10.1 天基电子束系统的中性化概念 301

10.2 天基系统中性化常用方法 302

10.2.1 天基电中性化方法概述 302

10.2.2 等离子体或离子发射基本原理 304

10.2.3 等离子体产生方法 304

10.3 空间电子束系统电子补给需求 307

10.4 不同轨道高度空间电子补给能力 309

10.4.1 空间带电模型 309

10.4.2 空间带电物体中和模型 310

10.5 带电航天器补给电子能力 313

10.5.1 带正电物体中和模型 313

10.5.2 带负电物体中和模型 314

10.5.3 空间电子补给能力讨论 315

10.6 小结 317

参考文献 318

第11章 利用电子束系统进行空间碎片清除 320

11.1 空间碎片概况 321

11.1.1 空间碎片 321

11.1.2 空间碎片危害 324

11.1.3 空间碎片研究范畴及方法 326

11.2 常用空间碎片清除方法 327

11.2.1 增阻离轨清除技术 328

11.2.2 非接触推移离轨清除技术 330

11.2.3 抓捕推移离轨清除技术 333

11.3 利用电子束系统进行碎片驱离原理 337

11.3.1 空间碎片的降轨模式及原理 337

11.3.2 电子束清除轨道碎片的方法 340

11.4 小结 345

参考文献 346

第12章 空间碎片捕获、跟踪、瞄准技术 350

12.1 电子束系统清除空间碎片的工作流程 351

12.2 ATP系统 353

12.2.1 系统组成及功能 353

12.2.2 ATP系统模型 356

12.2.3 空间ATP系统应用简析 360

12.3 电子束空间波束控制 365

12.3.1 静电偏转控制系统 365

12.3.2 磁偏转控制系统 367

12.4 电子束空间传输对空间碎片瞄准的影响 369

12.5 小结 371

参考文献 372

第13章 粒子束空间防护技术 374

13.1 空间粒子防护的基本手段 376

13.1.1 充放电防护技术 376

13.1.2 电离辐射防护 381

13.2 现有航天器防护存在的问题 386

13.2.1 静电防护存在的问题 387

13.2.2 电离辐照防护存在的问题 387

13.3 防护技术的发展 390

13.3.1 热传递速率的问题 390

13.3.2 屏蔽防护的厚度问题 393

13.3.3 介质电导率的问题 394

13.3.4 电子束诱发的航天器静电放电问题 395

13.4 小结 396

参考文献 397

第14章 高能电子束其他空间应用 399

14.1 空间X射线雷达技术 400

14.1.1 基本原理 400

14.1.2 研究现状 401

14.1.3 存在的问题 406

14.1.4 发展趋势 406

14.2 空间X射线通信 407

14.2.1 基本原理 407

14.2.2 研究现状 407

14.2.3 存在的问题 411

14.2.4 发展趋势 411

14.3 小型化自由激光太赫兹源 413

14.3.1 基本原理 413

14.3.2 研究现状 414

14.3.3 存在的问题 415

14.3.4 发展趋势 415

14.4 小结 417

参考文献 418

索引 420

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