環形縫隙與支柱結構對重入腔系統電磁脈沖場耦合影響的計算

陳劍楠，張俊杰

(西北核技術研究所，西安710024)

當能注量較高的X射線與γ射線作用于導彈或衛星等航天器時，光子將在系統的內外表面激勵出大量光電子和康普頓電子，形成出射電流，同時引起系統表面的電荷運動，形成面電流。出射電流和面電流將激勵強電磁脈沖，即系統電磁脈沖(system-generated electromagnetic pulse， SGEMP)，是核電磁脈沖研究的重點內容之一[1]。根據電子的出射位置，將系統外表面出射電子(以光電子為主)所激勵的電磁脈沖稱為外電磁脈沖，將系統內表面出射電子(以康普頓電子為主)所激勵的電磁脈沖稱為內電磁脈沖(internal EMP， IEMP)[2]，二者統稱為系統電磁脈沖。在空氣較稀薄的超高空環境中，X射線與γ射線傳播較遠，射線能在航天器附近產生電流密度約為106A·m-2的大電流及電場強度幅值為104～105V·m-1的強電場，會對航天器電子系統造成干擾，甚至毀壞[3-4]。由于高能射線能在系統內部激勵電磁脈沖[5-8]，僅通過傳統電磁屏蔽的方式難以進行有效防護，因此，需深入研究航天器在強射線輻射環境中的防護加固問題。

目前，國內外多家研究單位已對SGEMP展開了大量研究。20世紀60～70年代,美國空軍研究實驗室及三大核武器國家實驗室就已經完成了早期的SGEMP數值模擬程序研發[9]、環境模擬計算[10]、耦合效應研究[11]及防護加固設計[12]等方面的研究工作。20世紀90年代，我國開始對SGEMP進行研究(主要研究機構包括西北核技術研究所、中國工程物理研究院和清華大學等)，通過解析計算、數值模擬及實驗室環境下的模擬實驗等方式，對SGEMP電磁場環境[13-15]、參數特性[5,7,16]及線纜耦合[17]等開展了大量研究分析。……