任 寧，奚 斌，李曉斐

黑障抑制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與研究難點(diǎn)

任 寧1，奚 斌2，李曉斐1

（1. 北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京，100076；2. 中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院，北京，100048）

黑障現(xiàn)象是目前國內(nèi)外航天測控領(lǐng)域迫切需要解決的難點(diǎn)問題之一。高超聲速飛行器、空間飛行器發(fā)射入軌飛行、衛(wèi)星、宇宙飛船與航天飛機(jī)以及其他空間再入體返回地面，都需要解決黑障現(xiàn)象造成的通信中斷問題。本文主要介紹了黑障現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，對目前國內(nèi)外抑制及減弱黑障效應(yīng)方法的研究難點(diǎn)及研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析。

黑障；等離子體；等離子鞘

0 引 言

高速飛行器以馬赫數(shù)為10～25的速度在大氣層內(nèi)飛行時與空氣相互作用，使飛行器周圍的空氣被高速飛行的飛行器頭部產(chǎn)生的超聲速激波加熱。當(dāng)速度接近或超過馬赫數(shù)為10時，由于粘性流和激波的作用，強(qiáng)烈的氣體加熱將導(dǎo)致飛行器表面附近的空氣分子和原子被電離。激發(fā)含有等離子體的高溫激波層，即所謂的包裹飛行器的“等離子鞘套”。等離子鞘套的密度為109～1014個/cm3，如此高密度的等離子體在頻率遠(yuǎn)大于常規(guī)的L、S、X和C波段通信信號的頻率范圍（1～10 GHz），產(chǎn)生類似金屬罩的屏蔽效果，造成導(dǎo)航、數(shù)傳、遙測、遙控、安控等信息傳輸?shù)闹袛?，這一現(xiàn)象稱為黑障。

黑障時間對于無動力彈道再入飛行器而言可持續(xù)4～10 min，而在需要變軌或低攻角飛行狀態(tài)下，其持續(xù)時間更長，甚至可達(dá)數(shù)十分鐘?，F(xiàn)有的很多飛行器都存在黑障問題，而且會一直困擾未來高超聲速飛行器、空間飛行器和再入飛行器等。

黑障的出現(xiàn)給高超聲速飛行器和空間飛行器的測控導(dǎo)航、制導(dǎo)帶來極大的困難。如果不能有效地解決通信中斷問題，高超聲速再入飛行器在黑障區(qū)將喪失機(jī)動性，導(dǎo)致突防能力嚴(yán)重下降。此外，飛行器周圍的大量自由電子進(jìn)入尾流區(qū)，又引起尾流雷達(dá)反射截面的增加，因而大大降低了飛行器的反識別能力。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

空間飛行器再入通信問題與空間科學(xué)、航空與航天等均有直接關(guān)系。衛(wèi)星返回地面、宇宙飛船與航天飛機(jī)以及其它空間再入體返回地面，都需要解決通信中斷問題。

空間飛行器高速再入飛行過程中黑障效應(yīng)的產(chǎn)生及程度與飛行器的外形、表面材料、飛行速度、飛行高度、收發(fā)信號的頻率與功率、收發(fā)天線的位置與結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。

抑制及減弱等離子體黑障效應(yīng)的方法可分為2類：一類是通過減弱天線上方等離子體電子密度分布實(shí)現(xiàn)抑制，包括：加磁場及電場窗、氣動外形設(shè)計(jì)、表面噴涂親電物質(zhì)、噴灑冷卻水及親電液體或固體等；另一類方法是設(shè)法提高電磁波在等離子鞘中的穿透能力，包括：提高通信頻率（如采用Ku及Ka頻段、太赫茲通信等）、提高發(fā)射功率、提高接收和發(fā)射天線增益、利用等離子體與電磁波之間的各種非線性作用（如非線性調(diào)制、三波相互作用、哨聲波）實(shí)現(xiàn)通信等[1]。

1.1 國外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

國外在空間高超聲速及空間飛行器高溫氣體非平衡效應(yīng)、等離子體分布預(yù)測研究方面已取得重大進(jìn)展，配合各時期飛行器發(fā)展要求，進(jìn)行了大量飛行和地面試驗(yàn)，研究空間飛行器等離子流場和電磁波傳輸效應(yīng)，相應(yīng)預(yù)測軟件不斷發(fā)展和完善，并得到廣泛應(yīng)用。

從20世紀(jì)50年代到80年代，國外宇航為解決高超聲速再入飛行器通信中斷問題進(jìn)行了多種技術(shù)途徑的研究，在理論研究和實(shí)際應(yīng)用方面取得了顯著成效。美國采用飛行試驗(yàn)和地面試驗(yàn)相結(jié)合的方法分析了無動力升力體滑翔飛行器、航天飛機(jī)、帶動力的吸氣式高超聲速巡航飛行器等不同類型飛行器等離子體鞘套的電子密度、碰撞頻率對電磁波傳輸衰減特性的影響，建立了等離子體條件下的高超聲速飛行器通信評估軟件，用于分析和預(yù)測無線電波在通過等離子體層時的衰減、飛行器進(jìn)出黑障的高度、時間等情況，開展了改善氣動外形、激光通信系統(tǒng)、高頻無線電通信系統(tǒng)、噴射液體親電子材料、減少防熱材料的雜質(zhì)含量、在天線窗口附近施加強(qiáng)磁場等減緩?fù)ㄐ胖袛啻胧┑募夹g(shù)研究[2,3]。

20世紀(jì)60、70年代，美國宇航局（NASA）與美國空軍和空間合同商協(xié)作進(jìn)行了一系列高超速飛行器等離子鞘的研究計(jì)劃。

a）Fire計(jì)劃（“火”計(jì)劃）：該飛行計(jì)劃由NASA發(fā)起，主要目的是確定鈍頭體以 11 km/s的速度再入大氣層時的輻射和氣動加熱，同時獲得了通信中斷數(shù)據(jù)。通過比較分析對飛行和理論預(yù)測結(jié)果，完善了預(yù)測空氣等離子體鞘的化學(xué)反應(yīng)模型[4]（重點(diǎn)是電子-離子復(fù)合過程）。

b）Asset計(jì)劃：該飛行計(jì)劃由空軍與俄亥俄州立大學(xué)、麥克唐納飛機(jī)公司合作實(shí)施，主要目的是為了研究高超聲速再入飛行器等離子體鞘套對通信系統(tǒng)的影響。在多次飛行試驗(yàn)中，測量了U形狹縫甚高頻天線和X波段開口波導(dǎo)天線的阻抗，成功獲取了甚高頻、C波段與X波段通信訊號的衰減測量結(jié)果[5]。

c）無線電衰減測量（Radio Attenuation Measurement，RAM）計(jì)劃：該計(jì)劃是NASA在蘭利中心開展的一個廣泛的再入研究計(jì)劃，其目的是通過理論預(yù)測和飛行試驗(yàn)研究再入等離子鞘對通信中斷的影響和減緩方法。在多次飛行試驗(yàn)中，研究了氣動外形與磁場窗口對減輕通信中斷的有效性，驗(yàn)證了從天線阻抗計(jì)算等離子體特性的可靠性[6]。

d）MA-6與GT-3計(jì)劃（水星計(jì)劃與雙子星計(jì)劃）：在該項(xiàng)載人空間計(jì)劃中，跟蹤和記錄了載人飛船的大量通信數(shù)據(jù)，分析了引起通信信號衰減的機(jī)制。研究表明：由于防熱罩含有易電離物質(zhì)，在低空嚴(yán)酷的氣動熱環(huán)境下，大量燒蝕產(chǎn)物將造成極為復(fù)雜的流體動力學(xué)與化學(xué)動力學(xué)耦合問題。因此，對再入訊號衰減的正確預(yù)測，不僅要考慮純空氣等離子體的影響，還必須考慮防熱罩燒蝕產(chǎn)物的影響[7]。

e）TrailblazerⅡ計(jì)劃（開路先鋒Ⅱ計(jì)劃）：該飛行計(jì)劃由美國空軍與俄亥俄州立大學(xué)協(xié)作開展。測量了各種雷達(dá)工作頻率下（C波段與S波段）各種波導(dǎo)式天線的阻抗，探索了噴射液體對減輕再入通信中斷問題的有效性。分析了等離子鞘對S波段狹縫天線的方向圖、訊號衰減與阻抗失配的影響。通過上述各項(xiàng)研究，到70年代中期，美國再入通信中斷問題的研究得到了長足的進(jìn)展，基本明確了再入等離子鞘的形成機(jī)理，掌握了多種可能的緩和減輕措施，并發(fā)展了相應(yīng)的等離子鞘診斷技術(shù)。

從20世紀(jì)80年代初開始，世界航天大國競相開展了各類概念的超高速飛行器研究計(jì)劃，如美國的NASP、AOTV，日本的HOPE以及歐洲的SANGER、HERMS和HOTOL等飛行器發(fā)展計(jì)劃。這些航天飛行器的研制極大地推動了高超聲速飛行器高溫氣體效應(yīng)、非平衡效應(yīng)和等離子體鞘套預(yù)測研究[8]。世界各國特別是美國、俄羅斯和歐洲相繼建造和發(fā)展了許多高超聲速實(shí)驗(yàn)設(shè)備。結(jié)合大量地面試驗(yàn)、飛行試驗(yàn)和理論分析，建立了完整的描述高溫氣體效應(yīng)和非平衡的物理化學(xué)模型，測定了大量化學(xué)反應(yīng)速率系數(shù)，建立了相關(guān)數(shù)據(jù)庫，深入開展了輻射和氣體動力學(xué)干擾效應(yīng)研究。

20世紀(jì)90年代中期，美國以航天飛機(jī)和無線電衰減測量C（Radio Attenuation Measurement C，RAMC）飛行試驗(yàn)測試結(jié)果為依據(jù)，采用數(shù)值模擬的研究手段對非軸對稱吸氣式高超聲速飛行器等離子體流場周圍等離子體鞘套對電磁波傳輸影響進(jìn)行了研究。

美國的一項(xiàng)計(jì)劃目的是為安裝在再入體上的GPS接收器建造一個半實(shí)物仿真試驗(yàn)平臺。這個試驗(yàn)平臺的核心之一是模擬再入等離子體對GPS接收器信號的衰減和延時效應(yīng)系統(tǒng)。

歐洲制定的2008年至2010年基礎(chǔ)技術(shù)研究計(jì)劃中，列出了開展再入飛行器通信技術(shù)，目的是為了鞏固和擴(kuò)展電磁波與等離子體相互作用的機(jī)理模型，為再入飛行器通信系統(tǒng)的發(fā)展和天線輻射模式的預(yù)測提供依據(jù)。

1.2 中國研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

在中國，20世紀(jì)60年代開始遇到通信中斷問題。由于這個問題十分復(fù)雜，涉及多個學(xué)科，未能開展深入的研究工作。20世紀(jì)70年代開始，中國把再入通信中斷問題作為一個重要的技術(shù)難題，從地面模擬試驗(yàn)、理論計(jì)算方法研究和飛行試驗(yàn)測量等方面開展了大量的研究工作，進(jìn)行了單項(xiàng)預(yù)研和技術(shù)途徑的探索與研究，確定了以合理選擇彈頭外形和天線窗位置，在彈頭防熱材料中減少堿金屬雜質(zhì)含量并適當(dāng)添加親電子物質(zhì)為主，結(jié)合采用高性能記憶重發(fā)遙測裝置來解決再入通信中斷問題。為了對高超聲速再入精確打擊飛行器進(jìn)行全程控制和機(jī)動飛行，需要實(shí)時測控通信，記憶重發(fā)方式已不滿足解決高超聲速飛行器測控導(dǎo)航的需要。

中國第8個五年計(jì)劃開始，“氣動物理特性研究”列入國防空氣動力預(yù)研重點(diǎn)項(xiàng)目，先后針對鈍錐和鈍錐/翼組合體的再入目標(biāo)特性，開展計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究。

中國空氣動力研究與發(fā)展中心計(jì)算空氣動力研究所數(shù)值算法，建立了適用于復(fù)雜外形的高溫氣體/非平衡流場計(jì)算軟件。中國空氣動力研究與發(fā)展中心第五研究所完成氣動物理靶配套改造，利用氣動物理靶、高頻等離子體風(fēng)洞、高超聲速推進(jìn)風(fēng)洞等設(shè)備，開展了鈍錐模型再入光電特性和尾流場特性實(shí)驗(yàn)研究。

中國科學(xué)院力學(xué)研究所采用工程和數(shù)值算法，建立了鈍錐再入體目標(biāo)特性計(jì)算分析軟件。利用爆轟驅(qū)動激波風(fēng)洞開展了鈍錐體模型流場光電特性測量研究。

中國在等離子體中電磁波傳輸特性研究方面做過相關(guān)的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究工作，定性地得出了一些結(jié)論。20世紀(jì)80年代，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和中國科學(xué)院力學(xué)研究所分別開展了再入等離子體對天線阻抗特性影響、再入等離子體鞘套中電磁波的傳播特性研究與分析。20世紀(jì)80年代，中國科學(xué)院力學(xué)研究所利用800 mm高溫激波管進(jìn)行了等離子體電磁波傳輸特性的實(shí)驗(yàn)研究。20世紀(jì)90年代，電子科技大學(xué)分別開展了再入等離子體對天線阻抗特性影響、再入等離子體鞘套中電磁波的傳播特性研究與分析。近年來電子科技大學(xué)與中國空氣動力研究與發(fā)展中心、中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院、超高速空氣動力研究所等單位合作開展了微波在等離子體中傳輸效應(yīng)初步研究以及太赫茲波在等離子體中傳播特性初步研究，具有較強(qiáng)研究基礎(chǔ)。目前，中國對電磁波在薄層等離子體中的傳輸機(jī)理認(rèn)識不清楚，缺乏一個能夠準(zhǔn)確地描述電磁波在薄層等離子體中傳輸效應(yīng)的理論模型，不能滿足實(shí)際工程中定量研究的需要。

2 研究難點(diǎn)

黑障問題危害后果嚴(yán)重，是發(fā)展空間飛行器、再入飛行器以及未來高超聲速飛行器的共性瓶頸問題。

隨著空間飛行器的發(fā)展，黑障效應(yīng)備受關(guān)注。黑障的存在給空間飛行器飛行試驗(yàn)造成極大的技術(shù)風(fēng)險，可能造成飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)無法獲取，飛行試驗(yàn)無效，無線電導(dǎo)航無法實(shí)現(xiàn)嚴(yán)重影響飛行器命中精度，無線電外彈道測量困難無法對飛行器進(jìn)行實(shí)時跟蹤、測量，飛行彈道偏差后無法實(shí)施遙控炸毀引起重大經(jīng)濟(jì)、人員損失等重大風(fēng)險，嚴(yán)重影響了空間飛行器的研制和試驗(yàn)。

同時飛行器再入過程也會出現(xiàn)通信中斷的問題。NASA早在20世紀(jì)50年代就注意到飛行器以超高速再入地球大氣層時存在著通信中斷問題。如：1965年3月宇宙飛船雙子星座3號以馬赫數(shù)為21.5返回時，通信中斷180～240 s；1969年7月20日阿波羅11號飛船返回時，通信中斷120 s；1969年11月24日阿波羅12號飛船返回時，通信中斷189 s；1981年4月14日，哥倫比亞號航天飛機(jī)，首次試飛按預(yù)定計(jì)劃返回地面，大約在80 km高空進(jìn)入大氣層后，航天飛機(jī)與地面之間的通信中斷900 s，直到55 km高空時，速度從約26 875 km/h減慢到13 357 km/h以后，才恢復(fù)與地面通信聯(lián)系。

因黑障問題導(dǎo)致的通信中斷也是中國自行研制的神舟系列飛船一直面臨的難題，通信中斷十余秒，嚴(yán)重影響了對飛船的跟蹤和出現(xiàn)異常情況下的搜救。

由于等離子鞘套下信息傳輸問題的解決涉及空氣動力學(xué)、材料學(xué)、熱學(xué)、等離子體物理學(xué)與通信理論等多個學(xué)科，其理論難度大、危害后果嚴(yán)重、解決周期長，是世界性難題。目前還沒有成體系地開展理論和應(yīng)用基礎(chǔ)研究，嚴(yán)重制約了空間飛行器的發(fā)展。

根據(jù)目前國內(nèi)外研究，實(shí)現(xiàn)空間飛行器等離子體鞘套下的信息傳輸存在挑戰(zhàn)性的難點(diǎn)問題，主要表現(xiàn)在如下方面：

a）等離子體內(nèi)電磁傳播相位和調(diào)制特性。

高超聲速飛行器常采用電磁探測系統(tǒng)，用于導(dǎo)航、末制導(dǎo)、遙測或通信。飛行器周圍等離子體的介電特性不同于普通材料，是一種色散電介質(zhì)，它的介電常數(shù)是個復(fù)數(shù)，實(shí)部和虛部的數(shù)值是等離子體的電子密度、電子與其他粒子的碰撞頻率以及電磁波頻率的函數(shù)。與電磁波在普通電離氣體，例如大氣電離層中的傳輸情況相比，高超聲速飛行器周圍等離子鞘中的電磁波傳輸有其明顯特點(diǎn)：相對于飛行器上接收或發(fā)射天線，等離子鞘是高超聲速流動著的；與電磁波波長相比，飛行器頭身部等離子鞘的厚度很簿；在等離子鞘內(nèi)電子密度分布的變化十分劇烈；飛行器底部區(qū)由于流動復(fù)雜、尾跡很長，等離子體較厚、電子密度的變化很大；等離子鞘位于彈載發(fā)射或接收天線附近的區(qū)域。當(dāng)飛行器周圍氣流變成湍流流態(tài)時，等離子鞘的狀態(tài)更為復(fù)雜。因此，飛行器上的電磁波類探測器，如GPS導(dǎo)航和制導(dǎo)、雷達(dá)末制導(dǎo)等，電磁波通過等離子鞘傳播過程中，都會被等離子鞘反射、吸收，波束強(qiáng)度衰減，并出現(xiàn)偏折、延時、相移等效應(yīng)，導(dǎo)致探測器出現(xiàn)瞄視誤差、定位誤差、作用距離縮短、信噪比下降。高超聲速飛行器上傳輸數(shù)據(jù)除電離層修正外，還要進(jìn)行等離子鞘傳輸效應(yīng)修正。情況嚴(yán)重時電磁波傳輸完全中斷，出現(xiàn)返回式航天器和洲際彈道導(dǎo)彈再入時遇到的“再入通信中斷”（又稱黑障）問題。針對這一問題，在工程中可以更改飛行器的結(jié)構(gòu)外形來實(shí)現(xiàn)空氣動力學(xué)性能的改變，使之有利于再入通信，但對于總體設(shè)計(jì)人員，則要考慮隨之而來的載荷容量、飛行彈道及飛行器與火箭的匹配性問題。另外，還可以通過改變飛行程序和傾角，從而改變再入時的能量轉(zhuǎn)換過程及自由電子空間分布情況。上述兩種方法在工程中可以結(jié)合使用以達(dá)到更好的效果。

b）影響流場參數(shù)解算的各種因素。

隨著空間高超聲速飛行器的不斷發(fā)展，其外形結(jié)構(gòu)往往十分復(fù)雜，不僅可能包括提供升力的飛行翼面、改變飛行姿態(tài)的控制舵面，而且還可能加載如飛行支架、信號接收發(fā)射器、光學(xué)窗口/頭罩等附屬裝置。這種復(fù)雜的外形結(jié)構(gòu)給空間飛行器等離子體鞘套的預(yù)測帶來很大困難：一方面各種部件之間相互耦合干擾使流動變得更加復(fù)雜；另一方面影響等離子體分布的因素也會進(jìn)一步增加。因此對于復(fù)雜外形飛行器，不能依據(jù)簡單外形飛行器的飛行數(shù)據(jù)直接外推，而應(yīng)該作單獨(dú)研究。在飛行器表面附近，高溫氣體組分與物面碰撞，會發(fā)生催化復(fù)合反應(yīng)，這就是表面催化效應(yīng)。催化效應(yīng)放出大量的結(jié)合能，顯著改變流場的氣動特性，進(jìn)而影響流場等離子分布。催化效應(yīng)的強(qiáng)弱與很多因素相關(guān)，如復(fù)合反應(yīng)類型、環(huán)境溫度、表面材料催化能力、表面粗糙度等，因而很難表征，常做簡化處理，只研究2種極限情況——完全催化和完全非催化，還缺乏細(xì)致研究[9,10]。此外，由于空間高超聲速飛行過程中強(qiáng)烈氣動加熱，飛行器表面往往需要進(jìn)行防熱設(shè)計(jì)，表面防熱材料在高溫下會發(fā)生燒蝕反應(yīng)，燒蝕產(chǎn)物進(jìn)入等離子體流場，影響和改變流場中的等離子體參數(shù)的分布特性。目前，在工程中通過在飛行器表面的防燒蝕材料中加入一些親電子的物質(zhì)，如氧化鋁等，當(dāng)再入時該混合物質(zhì)自動釋放到等離子體中，使周圍環(huán)境中的自由電子降低，可以解決這個問題，但所帶來的代價是飛行器通信天線飛行過程中因涂敷該混合材料帶來的通信增益降低。

c）等離子鞘套下的頻段選擇問題。

頻率介于0.1～l0 THz（波長30 μm～3 mm）的電磁輻射稱為太赫茲（Terahertz，THz）輻射。因此， 0.2 THz以上的無線通信技術(shù)又稱為太赫茲通信。太赫茲波因?yàn)轭l率高，具有穿透等離子體的能力，因而這一頻段有可能與空間飛行器進(jìn)行通信和遙測。此外，基于太赫茲波的無線通信技術(shù)還具有寬帶、高速以及高保密性等特性。相對于現(xiàn)有的微波無線寬帶通信技術(shù)，THz 波的帶寬和訊道數(shù)更多，特別適合作衛(wèi)星間、星地間及局域網(wǎng)的寬帶移動通訊。在外層空間，太赫茲波可以無損耗傳輸，用很小的功率就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。而相對于現(xiàn)有光通信而言，其波束較寬，容易對準(zhǔn)，量子噪聲較低，天線系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)小型化、平面化。因此，進(jìn)行等離子鞘套下的太赫茲無線通信技術(shù)研究，不但對于突破空間超聲速飛行器的通信技術(shù)障礙具有重要價值，而且也有利于掌握未來寬帶通信核心技術(shù)，力爭在未來高速寬帶通信技術(shù)中擁有一席之地也具有重要戰(zhàn)略意義。目前，在實(shí)際工程應(yīng)用中，采用Ku頻段、Ka頻段進(jìn)行傳輸?shù)耐瑫r，考慮雨和大氣等環(huán)境造成的衰減，通過增大發(fā)射功率或發(fā)射天線增益（高EIRP）以增加透射信號強(qiáng)度、減少接收信號門限值，即可解決此問題，但同時帶來的是質(zhì)量和功耗的增加。

d）再入段的等離子鞘抑制技術(shù)。

傳統(tǒng)再入飛行器飛行過程中，依靠存儲技術(shù)延后獲取飛行狀態(tài)，僅僅解決了“事后”獲取黑障區(qū)中飛行器的飛行狀態(tài)問題。在高速飛行器再入精確打擊以及全程安控等需求的前提下，要求對執(zhí)行精確打擊的再入飛行器進(jìn)行不間斷測控導(dǎo)航和安全控制，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的精確打擊。不可能利用存儲技術(shù)實(shí)現(xiàn)不間斷測控，即使黑障區(qū)依賴慣性導(dǎo)航，其累計(jì)誤差在黑障數(shù)分鐘內(nèi)足以造成較大偏差，待脫離黑障區(qū)時高度僅有20～30 km左右，再進(jìn)行變軌調(diào)姿的范圍十分有限。因此需要研究再入段的等離子鞘抑制技術(shù)，以支撐高速飛行器再入精確打擊下的不間斷測控導(dǎo)航以及安控需要。

e）等離子通信地面的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)境。

由于再入搭載實(shí)驗(yàn)代價高、風(fēng)險大、數(shù)據(jù)難以取回，研究等離子鞘套電磁傳播、研究鞘套抑制技術(shù)、開展驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)都需要地面的等離子鞘套模擬環(huán)境。目前，在地面產(chǎn)生含等離子高速流場的方法主要有激波管、電弧風(fēng)洞等手段，但這些手段設(shè)計(jì)之初衷是模擬高速流場，不是為通信實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的。由于激波管內(nèi)等離子持續(xù)時間短（<1 ms），遠(yuǎn)不足進(jìn)行一次有效的測控/導(dǎo)航通信幀傳輸，且電子密度不可連續(xù)調(diào)節(jié)[11]；電弧風(fēng)洞高溫具有高溫破壞性，被試天線和饋線必須覆蓋防熱層，空間防繞射難以實(shí)現(xiàn)，噴流內(nèi)混有大量金屬離子且實(shí)驗(yàn)耗電代價高昂。因此為了在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行通信/導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)，需要有長時間持續(xù)、密度連續(xù)可控、無破壞性、可模擬鞘套變化、實(shí)驗(yàn)代價低的新實(shí)驗(yàn)手段。

3 結(jié)束語

近年來，各航天大國都在積極拓展和搶占空間領(lǐng)域，通過對黑障抑制技術(shù)的研究，提高飛行器在等離子體鞘套下的通信保障能力，解決空間飛行器導(dǎo)航、數(shù)據(jù)遙測、通信和電子對抗的難題，對于中國發(fā)展空間飛行器具有重要的戰(zhàn)略意義。

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Development Status and Difficulties of the Technology of Blackout Suppression

Ren Ning1，Xi Bin2，Li Xiao-fei1

(1. Beijing Institute of Astronautical System Engineering, Beijing, 100076; 2. China Aerospace Academy of Systems Science and Engineering, Beijing, 100048)

Blackout phenomenon is one of the difficult problems that need to be solved urgently in the field of astonautical TT&C at home and abroad. The communication interruption caused by the “Blackout” phenomenon needs to be solved in injection and returning of satellite and other spacecraft. This paper mainly solves the causes of the “blackout” phenomenon, as well as the current research difficulties and research status of the “blackout” effect method.

Blackout; Plasma; Plasma sheath

1004-7182(2018)01-0122-05

10.7654/j.issn.1004-7182.20180124

V44

A

2016-03-10；

2017-12-19

任 寧（1984-），女，工程師，主要研究方向?yàn)殡姶艌雠c微波技術(shù)、微波通信、無線測控與通信等