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中国空间科学技术CHINESE SPACE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2004年12月第6期热敏电阻在航天器上的应用分析张加迅*王虹**孙家林*(*中国空间技术研究院,北京100086)(**山东航天电子技术研究所,烟台264000)摘要文章首先阐述了航天器对于测温传感器的需求,并对目前航天器在地面试验和飞行试验中,所采用的主要测温传感器的特点进行了概述。
然后,以目前航天器在轨运行中应用最为广泛的热敏电阻为研究对象,介绍了它在航天器中的应用方案,以及为保证其测温精度、工艺可实施性和可靠性所应注意的问题。
主题词热敏电阻器温度测量热控制航天器1引言由于航天器在空间运行时要向深冷空间辐射热量,并且受到各种复杂外热流的影响(例如对于环地航天器,存在太阳辐射、地球红外、地球反照等外热流)。
因此,航天器在设计时,必须要进行合理的热控制设计,使航天器中的各种仪器设备在合适的温度水平下工作。
航天器在轨运行的温度情况通过温度传感器进行反映,航天器相关分系统采集温度传感器的信号,然后传输到地面测控网站或星上热控制处理单元,由地面测试人员或相关功能系统对其进行状态判断,最终通过地面指令或星上自主控制实施对星上仪器设备的热控。
因此,温度传感器所反映的温度水平的准确程度,将对仪器设备的热控制起着至关重要的作用[1,2]。
另外,随着航天器的发展,各种精密仪器设备对热控的要求更为严格,由于这些仪器设备功能复杂,在保证其主要功能的前提下,通过其本身的热控设计来达到其内部精密器件的温度要求有很大难度,因此,它们常常会对航天器热环境提出较为严格的要求,而这些要求有的甚至会对整个航天器的总体方案具有决定性的影响。
例如,有的光学成像仪器要求热控的温度控制水平优于011e,局部测量精度达到0105e的水平,因此,需要测温传感器的精度必须优于这些仪器设备的要求。
目前国际上在航天器研制中所用的温度传感器主要有热电偶和热敏电阻两种。
Vol. 40, No. 5航 天 器 环 境 工 程第 40 卷第 5 期492SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING2023 年 10 月https:// E-mail: ***************Tel: (010)68116407, 68116408, 68116544航天器高压太阳电池阵列ESD检测用柔性天线传感器张国治1，汪令仪1，张翰霆1，冯 娜2，王 海2，张晓星1*（1. 湖北工业大学 新能源及电网装备安全检测湖北省工程研究中心，武汉 430068；2. 北京东方计量测试研究所，北京 100094）摘要：为完善地球同步轨道（GEO）航天器静电放电（ESD）风险评估手段，文章根据空间ESD辐射电磁波频带特性，利用三维电磁场仿真软件ANSYSS HFSS，采用矩形贴片天线等效技术、梯形地平面技术和CPW馈线指数渐近线化技术开展航天器高压太阳电池阵列ESD检测用柔性天线传感器研究。
采用聚酰亚胺（PI）作为柔性天线基底，其厚度为0.28 mm；柔性天线在弯曲半径分别为100、300、500 mm 以及不弯曲条件下，300 MHz～2 GHz频带范围电压驻波比（VSWR）小于3，其中在650 MHz～2 GHz 频段范围VSWR小于2。
通过搭建的ESD模拟试验平台对传感器的电磁脉冲（EMP）信号检测性能进行实测分析，结果表明传感器能够有效地检测到高压太阳电池阵列表面的ESD EMP信号，具有用于航天器ESD故障预警的潜力。
关键词：航天器；高压太阳电池阵列；静电放电；柔性天线传感器；电磁脉冲检测；单极子天线中图分类号：V520.6; O441.5文献标志码：A文章编号：1673-1379(2023)05-0492-09 DOI: 10.12126/see.2022120Flexible antenna sensor for ESD detection ofspacecraft high voltage solar cell arrayZHANG Guozhi1, WANG Lingyi1, ZHANG Hanting1, FENG Na2, WANG Hai2, ZHANG Xiaoxing1*(1. Hubei Engineering Research Center for Safety Monitoring of New Energy and Power Grid Equipment, Hubei University ofTechnology, Wuhan 430068, China; 2. Beijing Orient Institute of Measurement and Test Organization, Beijing 100094, China) Abstract: In order to improve the electrostatic discharge (ESD) risk assessment method for geosynchronous orbit (GEO) spacecraft, research on flexible antenna sensors for spacecraft ESD radiation detection were carried out in this article. Based on the frequency band characteristics of space ESD radiation electromagnetic wave, the means applied included the three-dimensional electromagnetic field simulation software ANSYSS HFSS, the equivalent technology of rectangular patch antenna, the trapezoidal ground plane technology and the CPW feeder exponential asymptotic technology. Polyimide (PI) was used as the base of the flexible antenna, and its thickness was 0.28 mm. The voltage standing wave ratio (VSWR) was less than 3 in the 300 MHz to 2 GHz frequency band range when the bending radius was 100, 300, 500 mm and no bending, of which the VSWR was less than 2 in the 650 MHz to 2 GHz frequency band range. The electromagnetic pulse (EMP) signal detection performance was measured and analyzed by the ESD simulation test platform. The results show that the designed antenna can detect ESD EMP signal effectively, with the potential to be used for spacecraft ESD fault warning.Keywords: spacecraft; high voltage solar cell array; ESD; flexible antenna sensor; EMP detection; monopole antenna收稿日期：2022-11-07；修回日期：2023-09-17基金项目：国家自然科学基金项目（编号：52107144）；湖北省教育厅科技项目（编号：Q20211401）引用格式：张国治, 汪令仪, 张翰霆, 等. 航天器高压太阳电池阵列ESD检测用柔性天线传感器[J]. 航天器环境工程, 2023, 40(5): 492-500ZHANG G Z, WANG L Y, ZHANG H T, et al. Flexible antenna sensor for ESD detection of spacecraft high voltage solar cell array[J]. Spacecraft Environment Engineering, 2023, 40(5): 492-5000 引言随着航天技术的快速发展，高压太阳电池阵列作为航天器的主电源，其对运行安全性的要求越来越高[1-2]，100 V及以上的高压电池阵列已经普遍应用于地球同步轨道（GEO）航天器。
万方数据 万方数据场地遍及全球，包括本土的佛吉尼亚、新墨西哥、阿拉斯加、加利福尼亚、佛罗里达、夏威夷发射基地．以及瑞典、挪威、澳大利亚、格陵兰岛、巴西、秘鲁、波多黎各等围的发射基地。
ＮＳＲＯＣ共有ｌＯ种不同类型的探空火箭【悯（图１），涵盖了不同的探测高度和科学应用范围。
图１ＮＳＲＯＣ计划中的１０种探空火箭Ｆｉｇ．１１０ｋｉｎｄｓｏｆｓｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｅｔｓｉｎｔｈｅＮＳＲＯＣｐｒｏｊｅｃｔＮＡＳＡ探空火箭计划项目办公室（ＳＲＰＯ）在２００６年共发射探空火箭２１次，成功率达ｌｏｏ％。
ＳＲＰ０于２００７年１月又发起了一个火箭探空计划．其主题是利用火箭探测电离层的扰动现象。
将发射１０枚探空火箭。
这项研究包含４个独立的科学任务。
而每项任务均包含一系列观测活动，先是地面设备观测，确定现象出现后再利用探空火箭进行实地探测。
２００７年１月１９日．ＮＡＳＡ的Ｊｏｕｌｅ一２项目【１日发射４枚探空火箭：１枚ＢｌａｃｋＢｍｎｆ、ｌ枚Ｔｅｒｒｉｅ卜ＢｌａｃｋＢｒａｎｔ和２枚Ｔｅ而ｅｒ０ｄｏｎ火箭．其科学探测目标是研究１月阿拉斯加地区上空极光的焦耳热效应，其中２枚火箭的载荷舱如图２所示。
通过这４枚火箭的发射，获得了更多关于９６．６～１９３ｋｍ稀薄大气电加热的信息。
成功地在亚暴事件期间对高纬度地区焦耳加热进行了多尺度研究。
（ａ）Ｔｅ州ｅｒ＿Ｂｌ孔ｋＢ陋ｍ（ｂ）ＢｌａｃｋＢ陀ｎｔ图２ＪｏｕＩ争．２项目发射的探空火箭载荷舱Ｆｊｇ．２ＰａｙＩＯａｄｃａｂｉｎ百ＤｒｔｈｅｒＯｃｋｅｔｓｊｎｔｈｅＪｏｕＩｅ一２Ｐｒｏｊｅｃｔ２００７年２月１４日，ＮＡＳＡ在阿拉斯加发射了ＨＥＸ一２探空火箭【１３１。
在ＨＥＸ一２任务中，ＢｌａｃｋＢｒａｎｔＸ火箭采用了突破性“定制飞行轨道技术”．使火箭可以在期望的高度上飞行较长一段距离，突破了以往的弹道限制。
如图３所示，在右下方框中，白色实线为ＢｌａｃｋＢｒａｎｔＸ的飞行轨迹，可以看出它在１３０—１５０ｋｍ高度上飞行了超过３００ｋｍ水平距离．大大超过了绿色实线所表示的传统弹道飞行轨迹。
利用朗缪尔双探针诊断电弧离子镀等离子体参数的开题报告一、研究背景电弧离子镀是一种重要的表面处理技术，可用于制备具有高质量、高性能的薄膜和涂层材料。
电弧离子镀技术中，等离子体参数的控制对薄膜质量和性能具有重要影响。
因此，对等离子体参数进行准确的诊断和控制，对于优化薄膜制备过程和提高膜层质量具有重要作用。
近年来，利用Langmuir探针等方法对等离子体参数进行诊断成为研究热点之一。
然而，传统的Langmuir探针只能对等离子体进行局部的诊断，而整个反应室内等离子体参数的分布往往是非常复杂的，这限制了等离子体参数的准确诊断和控制。
为了克服这一限制，利用多探针方法进行诊断，如利用Langmuir-电子能量分布、Langmuir-电荷分布、Langmuir-振动分布等多种探针进行综合诊断，取得了一定的进展。
然而，这种方法需要使用多套探针，成本较高，且操作复杂。
二、研究目的为了提高等离子体参数的诊断和控制的效率和精度，本课题将采用Langmuir-电磁铁探针（Langmuir-Magnetron Probe，LMP）和Langmuir-磁感应力探针（Langmuir-Magnetic Force Probe，LMFP）构成一套“双探针系统”，以同时诊断等离子体离子参数和电子参数，实现整个等离子体参数的多点、综合的诊断。
三、研究内容1. 构建“双探针系统”：参考已有的LMP和LMFP的设计方案，自行设计并优化一套双探针系统。
2. 等离子体参数诊断：采用双探针系统对电弧离子镀等离子体进行诊断，将得到的LMP和LMFP的实验数据分别处理，得到等离子体离子参数和电子参数的分布。
3. 系统分析：通过分析等离子体参数分布的数据，得出整个等离子体的参数分布特征，发现存在的问题及原因，为进一步的研究和改进提供思路。
四、研究意义本课题的研究将为电弧离子镀等离子体参数的诊断和控制提供一种高效、精确、成本低廉的方法，从而为优化膜层制备过程和提高膜层质量提供重要的技术手段。
第60卷第1-2期2021年1月Vol.60No.1-2Jan.2021中山大学学报（自然科学版）ACTA SCIENTIARUM NATURALIUM UNIVERSITATIS SUNYATSENI天琴对宇宙膨胀的探测能力研究*李霄栋1，肖小圆1，王凌风2，赵泽伟2，张鑫21.中山大学物理与天文学院，广东珠海5190822.东北大学理学院，辽宁沈阳110004摘要：经过近几十年的发展，宇宙学的研究已经进入精确宇宙学时代。
根据Planck测量结果和ΛCDM模型，只需要6个参数就可以在统计意义上重现出与观测数据基本符合的宇宙演化历史。
但是实际上，当前宇宙学领域中还存在许多未解决的重要科学问题，而且不同的观测数据在基于基本ΛCDM模型进行宇宙学参数推断时会出现一些不一致性。
这些问题的回答都需要对基本ΛCDM模型进行扩展，并对额外引入的参数进行精确的测量。
目前主流的宇宙学探针主要是针对宇宙的膨胀历史和宇宙的结构增长进行观测的光学（以及近红外）项目，因此它们可能存在着相似的系统误差。
发展全新的非光学观测手段的宇宙学探针对于宇宙学未来的研究至关重要。
因为引力波振幅携带了绝对光度距离的信息，所以能够帮助建立真正的距离——红移关系，用以研究宇宙的膨胀历史。
这种引力波观测被称为“标准汽笛”。
宇宙学研究是天琴、LISA等空间引力波探测器的重要研究目标之一。
这些探测器预计都可以在未来观测到大量的引力波事件，为宇宙学研究（特别是高红移宇宙）提供珍贵的观测数据。
本文参考相关的文献，介绍了天琴标准汽笛数据限制宇宙学参数能力的情况。
考虑了popⅢ、Q3nod和Q3d三种大质量黑洞双星模型，结果表明，对于不同的大质量黑洞双星模型，天琴项目对宇宙学参数的限制能力各有不同，其中Q3nod模型下的限制能力最强。
天琴的标准汽笛探测有助于打破其他观测手段所导致的宇宙学参数简并，从而有效地提升宇宙学参数的测量精度。
我们有理由相信，未来的引力波观测与光学和射电观测相结合将把宇宙膨胀历史的探索推进至一个全新的层面，为探测哈勃常数大小、揭示暗能量的本质属性提供帮助。
Langmuir 探针实验朗缪尔探针（ Langmuir Probe ） 是等离子体诊断的基本手段之一。
为了搞清朗缪尔探针的工作原理，首先让我们来考察一下一根悬浮地插入等离子体中的金属丝会出现什么现象。
一． 插入等离子体内的悬浮金属丝：如图1所示，真空室内以某种方式建立起了等离子体，金属丝（Metal tip ） 悬浮地插入其中。
由于等离子体内电子的质量远比离子的质量小，而其运动速度远比离子高。
这一基本事实将导致在悬浮地插在等离子体中的金属丝上会积累相当数量的负电荷，以致产生明显的悬浮负电位。
定量分析如下： 根据分子运动论,可知在单位时间内落在金属丝表面单位面积上的粒子数遵循余弦定律：其中n e 为电子密度，n i 为离子密度，e v 为电子平均热运动速度, i v 为离子平均热运动速度。
(1)、(2)两式两边均乘以电子电荷e ，可得流向金属丝的电子电流密度j e 与离子电流密度 j i 的表达式：我们知道i e v v >>，故j e >>j i 。
因此，金属丝刚插入等离子体内的极短时间内，金属丝表面会出现净的负电荷。
该负电荷产生的电场排斥电子而吸引正离子。
过程平衡时，金属丝的电位为 v f 。
设等离子体空间电位为v sp ， 则在 v sp -v f 作用下， j e = j i 。
v f 即为悬浮地插入的金属丝的悬浮电位。
显然， v f <v sp ，亦即在金属丝与等离子体之间形成了一个电位差为v sp -v f 的鞘层。
向金属丝飞来的正离子不受鞘层电场的影响；而电子在穿越鞘层时，受到拒斥场的作用，只有动能能克服这个势垒的那部分电子才能到达金属丝表面。
根据玻尔兹曼分布函图1()1 (41)e e e v n dt dn =()2 (4)1i i i v n dt dn =()3 (4)1e e e v en j =()4 (4)1i i i v en j =数，可知能穿过这个势垒的电子浓度为：其中 n e0 为等离子体区域内的电子浓度。
中国深空探测领域发展史摘要中国空间科学学会成立的40年，是中国空间探测逐渐走进世界舞台的40年，空间探测极大推动了空间科学和相邻学科的发展，也影响到经济、军事和日常生活诸多方面.本文简要回顾了从空间探测专业委员会成立的1980年至今，中国空间探测领域的主要发展历程，包括探空火箭、高空气球、科学卫星、月球与行星探测、载人航天空间探测、遥感卫星地面站等主要项目、进展和所取得的成果，对未来若干年空间探测的发展进行了展望。
引言中国空间科学学会正式成立于1980年9月，学会的成立是为了更好地满足中国空间科学学科发展的需要。
同年11月空间探测专业委员会成立并举行了第一次学术会议。
中国空间探测从国力较弱下的起步，发展到今天取得众多瞩目成绩，得益于国家综合国力的提高和科研环境的改善，得益于国家对空间科学及基础理论的日益重视，得益于国家多部委多渠道的大力支持，同时也饱含着空间探测工作者长期的付出。
本文从人类空间探测历史以及空间探测的内涵入手，从地球空间探测、太阳系探索等方面，概述中国空间探测的历程和主要成果，包括早期天文卫星、高空气球、双星计划，及近期空间科学卫星、月球及深空探测工程、载人航天空间探测、遥感卫星地面站等方面. 未来的空间探测活动强调发现未知的原动力，实现科学牵引、创新技术的双轮驱动。
1 人类空间探测的历史人类观测宇宙已有数千年历史，但真正进入空间时代也只有近六七十年。
探测动机从冷战时期大国实力竞赛的较量，发展到今天的探索未知和促进文明进步。
1.1 探索与进入空间的历史人类对承载着日月星辰的广阔空间有着许多诠释和探讨，后羿射日的神话传说包含着期望与太阳共存的理念。
20世纪末美国旨在观测和研究日地关系的“与日共存”(living with astar)科学计划也有这一理念。
四川金沙遗址出土的距今约3000年的太阳神鸟金箔饰品中，旋转射出的12道光芒与目前所知太阳磁场和太阳风旋转射出的观测结果一致。
古代对空间认知的成就包括哥白尼发表天体运行论时的日心说、伽利略确立的现代天文观测方法等。
直流辉光等离子体气体放电实验向小雨工物13指导老师：张慧云（2013年10月24日，星期四）摘要本实验通过测定辉光等离子体升压和降压的伏安曲线，探究辉光等离子体在不同气体压强和磁场条件下电学特性的变化，进行了唯象讨论和一定的定量分析。
此外，实验中还尝试利用朗缪尔双探针测量等离子体的电子温度和电子密度，并探究了误差成因。
关键词低温等离子体辉光放电双探针法一、前言电流通过气体的现象称为气体放电。
具有一定能量的电子与中性原子发生非弹性碰撞时，电子将一部分动能传给原子，使原子激发或者电离，即：e−+G0→G∗+e−e−+G0→G++2e−激发原子G∗会产生特定颜色的辉光；产生的气体离子G+成为等离子体的一部分。
等离子体是由电离的导电气体组成，其中包括六种典型的粒子，电子、正离子、负离子、激发态的原子或分子、基态的原子或分子以及光子。
事实上等离子体就是由上述大量正负带电粒子和中性粒子组成的，并表现出集体行为的一种准中性气体，也就是高度电离的气体。
无论是部分电离还是完全电离，其中的负电荷总数等于正电荷总数，所以叫等离子体1。
等离子体是继固体、液体、气体之后物质的第四种聚集状态。
等离子体有别于其它物态的主要特点是其中长程的电磁相互作用起支配作用，等离子体中粒子与电磁场耦合会产生丰富的集体现象。
本实验中研究的是低温等离子体。
其中各个粒子的温度并不相同，一般用双温模型来描述。
用Ti表示离子温度，Te表示电子温度，一般电子温度比离子温度高得多。
实验中制备等离子体的方式为气体低压放电，放电过程可分为三个阶段：暗放电、辉光放电和电弧放电。
其中各个阶段的放电在不同的应用领域由广泛的应用。
这三个阶段的划分从现象上来看是放电强度的不同，从内在因素看来是其放电电压和放电电流之间存在着显著差异，经典的直流低气压放电在正常的辉光放电区示意图如图1：图1直流低气压等离子体辉光放电区示意图从左至右，其唯像结构如下：1.阴极区：包括阴极，阿斯顿暗区，阴极辉区和克罗克斯暗区；2.负辉区：是整个放电管中最亮的区域。
广东省东莞市第一中学2022-2023学年高一上学期期末物理试题学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、单选题1．厦门大学天文学系顾为民教授团队利用我国郭守敬望远镜积累的海量恒星光谱，发现了一个处于宁静态的中子星与红矮星组成的双星系统，质量比约为2:1，同时绕它们连线上某点O做匀速圆周运动，研究成果于2022年9月22日发表在《自然·天文》期4:1b我国发射的“天宫一号进行了第一次无人交会对接。
假设对接前代表“天宫一号3πC．周期均不变D．角速度均逐渐增大二、多选题14．行星外围有一圈厚度为d的发光带（发光的物质），简化为如图所示模型，R为该行星除发光带以外的半径。
现不知发光带是该行星的组成部分还是环绕该行星的卫星群，某科学家做了精确的观测，发现发光带绕行星中心的运行速度与到行星中心的距离r的k三、解答题16．已知“嫦娥一号”绕月飞行轨道近似为圆形，距月球表面高度为H ，飞行周期为T ，月球的半径为R ，引力常量为G 。
求：（1）“嫦娥一号”绕月飞行时的线速度大小；（2）若发射一颗绕月球表面做匀速圆周运动的近月飞船，则其绕月运行的线速度为多大。
17．2023年2月24日，“逐梦寰宇问苍穹中国载人航天工程三十年成就展”在北京开幕。
已知空间站绕地球（视为质量分布均匀的球体）做匀速圆周运动，地球的半径为R ，地球表面的重力加速度大小为g ，空间站离地面的高度为h ，引力常量为G ，不计地球的自转影响，求：（1）地球的质量M ；（2）地球的密度ρ；（3）空间站绕地球做匀速圆周运动的周期T 。
18．一艘宇宙飞船飞近某一行星，并进入该行星附近的圆形轨道，宇航员在P 点发现该行星的视角（圈中P ∠）为60°。
已知引力常量为G ，飞船绕行星运动的轨道距行星表面高度为h ，绕行周期为T ，忽略其他天体对飞船的影响。
根据上述数据，求： （1）该行星的半径；（2）该行星的密度；（3）该行星的第一宇宙速度。
第 41 卷第 2 期航 天 器 环 境 工 程Vol. 41, No. 2 2024 年 4 月SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING181 https:// E-mail: ***************Tel: (010)68116407, 68116408, 68116544一种等离子体溯源测量装置设计及性能测试李 耀，贾军伟*，王青青，武宇婧，常 猛，董学江，郝剑昆，郎 昊，李绍飞，张 韧（北京东方计量测试研究所，北京 100086）摘要：文章设计了一套等离子体溯源测量装置为验证感应耦合等离子体（ICP）源作为校准源的性能，找出满足朗缪尔探针溯源校准的最佳等离子体测试条件，提升测试准确性，采用控制变量法对不同工况下ICP源等离子体电子密度和电子温度的稳定性和均匀性，以及电子密度的重复性进行测试。
结果表明：在放电开始5～20 min内，等离子体电子密度和电子温度的稳定性分别优于99.4%和98.9%；在探针伸入真空腔体内440～480 mm的范围内，等离子体电子密度和电子温度的均匀性分别优于97.2%和93.6%；在等离子体源放电功率100～900 W范围时，等离子体电子密度的重复性优于86.6%，并且多数在92%以上。
本研究可为后续等离子体诊断手段的优化提供参考。
关键词：等离子体源；朗缪尔探针；控制变量法；结构设计；电子密度；电子温度中图分类号：O536; P354.4文献标志码：A文章编号：1673-1379(2024)02-0181-09 DOI: 10.12126/see.2023124Design and performance testing of a plasma traceability measurement device LI Yao, JIA Junwei*, WANG Qingqing, WU Yujing, CHANG Meng, DONG Xuejiang,HAO Jiankun, LANG Hao, LI Shaofei, ZHANG Ren(Beijing Orient Institute of Measurement and Test, Beijing 100086, China)Abstract: A plasma traceability measurement device was designed in this article to verify the performance of the inductively coupled plasma (ICP) as a calibration source. It is to identify the optimal plasma testing conditions that satisfy the traceability calibration of the Langmuir probe, and to improve the test accuracy. The control variable method was used to investigate the stability and uniformity of electron density and electron temperature, the repeatability of electron density of ICP source under different working conditions. The results show that, when the measurement time is within 5-20 min, the stabilities of electron density and electron temperature of plasmas are better than 99.4% and 98.9% respectively. When the probe inserts into the vacuum chamber 440-480 mm, the uniformities of electron density and electron temperature of plasmas are better than 97.2% and 93.6% respectively. When the discharge power of the plasma source is 100-900 W, the repeatability of electron density is better than 86.6%, most of which is superior to 92%. The proposed research may provide a reference for the future optimization of the plasma diagnostic means.Keywords: plasma source; Langmuir probe; control variable method; structural design; electron density; electron temperature收稿日期：2023-08-07；修回日期：2024-03-28基金项目：国家自然科学基金项目（编号：U22B2094）引用格式：李耀, 贾军伟, 王青青, 等. 一种等离子体溯源测量装置设计及性能测试[J]. 航天器环境工程, 2024, 41(2): 181-189 LI Y, JIA J W, WANG Q Q, et al. Design and performance testing of a plasma traceability measurement device[J]. Spacecraft Environment Engineering, 2024, 41(2): 181-1890 引言等离子体以其独特的物理性质以及广泛的存在形式，一直是航空航天领域的重要研究及应用对象[1]。
LANGMUIR 探针实验大连理工大学物理系三束材料改性国家重点实验室邓新绿编2001年10月 2003年9月修订Langmuir 探针实验朗缪尔探针（ Langmuir Probe ） 是等离子体诊断的基本手段之一。
为了搞清朗缪尔探针的工作原理，首先让我们来考察一下一根悬浮地插入等离子体中的金属丝会出现什么现象。
一． 插入等离子体内的悬浮金属丝：如图1所示，真空室内以某种方式建立起了等离子体，金属丝（Metal tip ） 悬浮地插入其中。
我们知道，等离子体内电子的质量远比离子的质量小，而其运动速度远比离子高。
这一基本事实将导致在悬浮地插在等离子体中的金属丝上会积累相当数量的负电荷，以致产生明显的悬浮负电位。
定量分析如下：根据分子运动论,可知在单位时间内落在金属丝表面单位面积上的粒子数遵循余弦定律：其中n e 为电子密度，n i 为离子密度，e v 为电子平均热运动速度, i v 为离子平均热运动速度。
(1)、(2)两式两边均乘以电子电荷e ，可得流向金属丝的电子电流密度j e 与离子电流密度 j i 的表达式：我们知道i e v v >>，故j e >>j i 。
因此，金属丝刚插入等离子体内的极短时间内，金属丝表面会出现净的负电荷。
该负电荷产生的电场排斥电子而吸引正离子。
过程平衡时，金属丝的电位为 v f 。
设等离子体空间电位为v sp ， 则在 v sp -v f 作用下， j e = j i 。
v f 即为悬浮地插入的金属丝的悬浮电位。
显然， v f <v sp ，亦即在金属丝与等离子体之间形成了一个电位差为v sp -v f 的鞘层。
向金属丝飞来的正离子不受鞘层电场的影响；而电子在穿越鞘层时，受到拒斥场的作用，只有动能能克服这个势垒的那部分电子才能到达金属丝表面。
根据玻尔兹曼分布函图1()1 (4)1e e e v n dt dn =()2 (4)1i i i v n dt dn =()3 (4)1e e e v en j =()4 (4)1i i i v en j =数，可知能穿过这个势垒的电子浓度为：其中 n e0 为等离子体区域内的电子浓度。
