电帆效应的玻尔兹曼电子PIC模拟
天体物理仪器与方法
2016-01-20 v2 空间物理
摘要
太阳风电帆(E-sail)是一种规划中的在轨推进装置，它借助细长、带电且离心拉伸的系绳，利用天然太阳风动量通量为航天器推进。然而，由于系绳可能俘获电子群，精确预测E-sail推力的问题在一定程度上仍未解决。本文开发了一种新型粒子网格(PIC)模拟用于预测E-sail推力。在新模拟中，电子被建模为流体，因而类似于混合模拟，但不同于常规混合模拟，其如同常规PIC一样使用泊松方程计算自洽静电场。对于势的电子排斥部分，采用玻尔兹曼关系；对于势的电子吸引部分，我们采用包含参数的幂律，该参数可用于控制俘获电子的数量。我们进行了一系列改变该参数的运行，并选择在系绳上游产生不超过一个太阳风离子偏转激波的意义上仍具有物理合理行为且俘获电子数最少的一组。据此方案，我们得到的单位系绳长度推力值与早期估计一致，尽管略小。我们得出结论：玻尔兹曼PIC模拟是模拟E-sail推力的新工具。该工具使我们能快速计算解，并便于研究不同的俘获电子情形。
引用
@article{arxiv.1511.00518,
title = {Boltzmann electron PIC simulation of the E-sail effect},
author = {Pekka Janhunen},
journal= {arXiv preprint arXiv:1511.00518},
year = {2016}
}
备注
In press in Annales Geophysicae, 13 pages, 3 figures, 2 tables