《月球明暗界線區域鞘層結構及其對月塵運動影響的研究》是依託哈爾濱工業大學，由曹勇擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：月球明暗界線區域鞘層結構及其對月塵運動影響的研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：曹勇
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在月球明暗界線(晨昏線)區域，由於兩種不同性質的鞘層的迭加，形成電場強度很大的電場，因此明暗界線區域的月塵帶電並懸浮於月表上空。本申請提出:研究月塵懸浮現象，必須從研究明暗交界區鞘層結構以及電場分布入手。明暗交界區鞘層結構以及電場分布的機理也是登月太空飛行器和月球巡視探測系統防塵設計的理論依據。本申請通過基於PIC方法的數值模擬並輔以地面鞘層模擬實驗的途徑，研究明暗交界區域鞘層結構和電場特性、複雜表面形貌下多重交界區域鞘層和電場分布；分析環境因素對交界區鞘層結構的影響；建立由交界區鞘層而形成的月表電場的物理模型、以及帶電月塵在月表電場中運動的規律，為研究月塵懸浮現象提供一種新思路和新方法。通過探索塵埃在月表運動特性及影響因素，塵埃在月表充放電的動態過程，創建月塵運動的數值模擬程式，為我國登月器防塵、除塵裝置設計與安裝提供重要的理論指導和技術手段。
結題摘要
太空飛行器以及太空人在月球探測過程中因為懸浮月塵會遇到許多困難。因此月表附近月塵懸浮機理的研究顯得尤為重要，靜電輸運是小顆粒月塵懸浮的主要原因，月表附近尤其是明暗界線區域附近會形成很強的電場，而關於月表明暗界線區域鞘層電場結構的研究較為缺乏。因此月表附近鞘層電場結構以及明暗界線區域附近複雜電場結構的研究對於月塵懸浮機理的研究具有十分重要的意義。 本項目研究了月表鞘層結構的電場分布情況，基於模擬結果發現月表鞘層存在周期性振盪現象，分析了鞘層電場的振盪特性及原因；模擬研究了月球表面明暗界線區域附近電場結構，根據研究得到的月表明暗界線區域電場結構研究月塵懸浮過程的物理機理，分析了振盪鞘層對月塵懸浮的影響。 本項目建立了能夠捕獲界面電荷沉積現象的界面階躍雙線性浸入式有限元方法。研究了IFE-PIC方法模擬空間電漿運動過程中的邊界問題，研究月表鞘層結構的振盪特性並且分析了月表鞘層振盪結構形成的物理機制。研究了太陽風速度，光電子密度對經典鞘層和空間飽和鞘層結構的影響，分析了太陽風速度以及光電子密度發生改變時對月表振盪鞘層的影響；模擬研究了月球晨昏線附近明暗界線區域和月球局部明暗交界區域鞘層電場結構，分析了明暗界線區域中光照區域的振盪鞘層對陰暗區域的影響，認為陰暗區域的鞘層振盪為光照區域的電漿水平運動至陰暗區域導致。 依據月塵顆粒帶電受力的數學模型，基於月表明暗界線區域電場結構的數值模擬結果研究在不同月表區域下的明暗交界區域中月塵顆粒的懸浮過程，研究了月表鞘層電勢發生振盪時對帶電懸浮月塵的影響。通過研究了解了月塵在鞘層靜電場中帶電懸浮的過程，並提出搭建實驗平台的初步方案。 通過本項目的研究結果能夠加深對月球表面空間電漿環境的認識，同時能夠對探月活動的航天設備以及太空人在月表行進過程中遇到的月塵問題提供重要的理論支撐，進一步推動探月工程的快速發展。
