国之重器出版工程 空间粒子束技术应用概论（精装）

本书围绕粒子束技术空间应用，分为四个部分进行论述。第一部分由第 1、2章组成，主要介绍粒子束技术发展现状及空间应用的局限性，重点介绍了空间电子型粒子束定向能装置的基本概念；第二部分由第 3~5章组成，重点介绍了粒子束空间应用机理、空间环境及粒子束空间传输等；第三部分由第 6~12章组成，分别介绍了空间电子型粒子束定向能装置系统的组成、加速器技术、微波源技术、捕获跟踪瞄准技术、天基系统散热、粒子束装置空间应用场景及应用模式等内容；第四部分由第 13、14章组成，重点对粒子束空间防护问题进行了探讨，同时对粒子束空间拓展应用进行分析，主要包括空间 X射线雷达、空间 X射线通信、基于空间自由激光的大功率 THz源技术等。
本书作者系统总结和归纳了当前粒子束空间应用的主要障碍和技术难点，并在自身理解和认识的基础上提出了粒子束空间应用的新概念和新思路，并进行了系统讨论。本书可作为空间粒子束技术领域，尤其是空间安全相关技术研究人员和工程技术人员的参考书。

第 1章绪论  001
1．1粒子束技术  002
1．1．1加速器的基本构成  003
1．1．2加速器的发展现状  003
1．1．3加速器的应用  005
1．2粒子束技术的军事应用  008
1．2．1粒子束武器发展现状  008
1．2．2粒子束武器系统组成  011
1．2．3粒子束武器核心技术  012
1．3粒子束技术空间应用的局限性  015
1．3．1毁伤机理  015
1．3．2粒子束系统  016
1．3．3传输问题  016
1．4粒子束技术空间应用可能性分析  018
1．4．1航天器技术构成发生显著变化  018
1．4．2重离子型粒子束技术空间应用可行性分析  019
1．4．3电子型粒子束技术空间应用可行性分析  019
1．5小结  020
参考文献  021
2．1硬毁伤的概念与内涵  025
3．7．2微放电效应建立的条件  089
3．7．3微放电效应对航天器载荷的影响  091
3．7．4能量电子引起的增强微放电效应  092
3．8小结  096
参考文献  098
第 2章空间电子型粒子束技术  023
2．1．1 硬毁伤所需能量    026  
2．1．2 能量的时空分布对阈值的影响   028  
2．1．3  “通用 ”硬毁伤标准   030  
2．2 硬毁伤型空间电子束定向能装置参数设置    033  
2．3 硬毁伤型空间电子束技术应用局限性   036  
2．4 功能损伤的概念与内涵    039  
2．5 小结   043
参考文献   044
第 3章 高能电子束与目标的相互作用    046  
3．1 电子与材料原子的微观作用    049  
3．1．1 电子的电离能损   050  
3．1．2 电子的辐射能损    050  
3．2 电子束与物质的相互作用    052  
3．2．1 入射电子产生的信息    053  
3．2．2 电子与固体作用产生的发射电子谱    054  
3．2．3 电子吸收和射程    055  
3．3 能量电子对介质材料的充放电现象   057  
3．3．1 充放电机理   057  
3．3．2 充放电建立条件    058  
3．3．3 自然空间环境的充放电特点   060  
3．3．4 充放电效应对航天器的影响   063  
3．4 能量电子对半导体材料和器件的影响   066  
3．4．1 电子对半导体材料和器件的作用机理    066  
3．4．2 电子对半导体材料的影响实例   067  
3．4．3 电子对 NPN晶体管的辐照损伤实例   069  
3．5 能量电子引起单粒子效应    073  
3．6 能量电子对太阳能帆板的影响   077  
3．6．1 太阳能电池简介   077  
3．6．2 太阳能电池工作的基本原理   078  
3．6．3 能量电子作用空间太阳能电池的失效原理   079  
3．6．4 高能电子辐照对太阳能电池的影响实例   080  
3．7 能量电子对微波部件的影响    088  
3．7．1 能量电子对微波器件的影响机制    088  
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