空间高能粒子辐照航天器电子器件诱发的毁伤和热演化特征, 直接关系到航天器的在轨安全运行和在轨任务的顺利实施。本文利用自行构建的飞秒脉冲激光辐照系统、激光诱发毁伤的数据采集系统、数据读写系统和红外热成像系统, 开展了不同激光输出重复频率、不同作用区域下辐照铁电存储器(FRAM)实验, 获取激光辐照于铁电存储器被照面的稳态温度场和铁电存储器的暂态失效和永久失效出现时间, 并观测了辐射效应对铁电存储器的毁伤效果, 经MATLAB软件处理得到了激光辐照铁电存储器不同区域热演化过程的温度场分布。实验结果表明: 在激光输出功率近似相同的飞秒脉冲激光辐照条件下, 激光脉冲输出重复频率越低, 诱发永久性毁伤出现时刻的时间越长, 近似呈非线性增长; 随着激光输出重复频率的增大, 激光对铁电存储器的作用由激光电离存储器介质产生的高能带电粒子对铁电体自发极化的破坏为主, 逐步转变为以热辐射与热应力诱发的毁伤; 当激光在器件表面产生的最高温度接近存储器最高工作温度时, 永久毁伤的出现时间将显著延长。并通过对回归参数的计算和假设检验, 给出了回归参数的置信度1-α为95%的条件下激光辐照区域1与区域2的最高辐射温度与激光输出重复频率的拟合关系式。

为研究超高速碰撞2A12铝板产生的热辐射演化特征, 构建了超高速碰撞产生热辐射的测量系统。采用实验测量与理论计算相结合的方法, 得到了相近碰撞速度（约3 km/s)、不同弹丸入射角度（弹道与靶板平面的夹角)下的闪光辐射强度、闪光辐射温度、光谱辐射能量、辐射源面积及发光效率的演化过程。结果表明: 闪光辐射强度、闪光辐射温度及光谱辐射能量均呈现急剧上升后缓慢衰减的特征, 并且随着弹丸入射角度的增加而减小; 在闪光辐射温度达到峰值后辐射源面积继续上升; 弹丸入射角度越小发光效率越高, 实验中发光效率数量级为10-5。

为实现对高速碰撞诱发的闪光辐射温度进行实验测量及误差分析, 建立了二级轻气炮加载系统及闪光辐射温度测量系统。采用聚碳酸酯弹丸分别以6 km/s、3.9 km/s的速度垂直撞击2A12铝靶, 利用瞬态光纤高温计采集闪光信号, 通过比色法计算不同碰撞条件下的闪光辐射强度及辐射温度。依据普朗克辐射定律计算了不同波长及温度条件下的闪光辐射强度理论值, 与实验测量结果相比较并进行了误差分析; 分别采用双色测温法的不同波长组合及四色测温法计算了闪光辐射温度及其平均温度, 通过计算标准差分析了波长的选取对闪光辐射温度的影响。结果表明: 与理论计算结果相比较, 实验测量得到的闪光辐射强度值偏低, 采用双色测温法计算闪光辐射温度时波长的选取对计算结果影响很大, 波长间隔越大计算结果误差越小(误差最小值实验No.1为68.25 K, 实验No.2为30.67 K); 四色测温法计算得到的闪光辐射温度与平均温度相近(误差实验No.1为72.88 K, 实验No.2为63.66 K), 因此采用比色法计算闪光辐射温度时应尽量选取大间隔波长或多个波长参与计算以降低误差。

材料受到强冲击会产生闪光和等离子体效应。 通过超高速碰撞实验并结合多种先进测试手段, 推导出了适用于计算超高速碰撞产生等离子体电离度的沙哈(Saha)公式, 为超高速碰撞过程中弹丸和靶板的物质组成分析提供了强有力的工具。 基于二级轻气炮加载系统结合等离子体特征参量诊断的Triple Langmuir probe诊断系统和光谱辐射测量的ESA4000光谱仪系统, 进行了3种不同碰撞速度条件下的超高速碰撞实验。 实验结果表明, 超高速碰撞2A12铝靶产生闪光辐射中包含Al+的光谱辐射； 通过实验数据的解析进一步揭示了光谱强度与弹丸速度的关系。 随着弹丸速度的增加, Al+的辐射光谱强度增大, 由2A12铝激发的Al+光谱中小波长所对应谱线的辐射光谱强度比长波长所对应谱线的辐射光谱强度增加更快。 关于2A12铝靶在超高速撞击载荷下产生铝离子的光谱辐射特征以及辐射温度研究在航天器防护空间碎片、 导弹拦截、 天体物理及深空探测领域具有重要的应用价值, 此外, 等离子体的特征参量测量和光谱辐射特征研究, 对于在微观层面深刻揭示超高速碰撞现象具有重要的理论意义。

为了描述超高速碰撞2A12铝板产生闪光辐射的空间演化规律, 利用瞬态光纤高温计测量系统并结合二级轻气炮加载系统, 开展了弹丸以30°的入射角度和不同碰撞速度条件下的超高速撞击实验。基于闪光辐射强度和辐射温度的实验数据处理得到了超高速碰撞2A12铝板在撞击点附近产生的最大闪光辐射强度和最大闪光辐射温度, 基于大量实验, 建立了撞击点附近最大闪光辐射的空间演化模型。并结合Origin软件对实验所得数据的拟合, 得到了最大闪光辐射强度和辐射温度随探测点到着靶点间距离变化的拟合函数关系式。实验结果还表明: 在相近碰撞速度、相同碰撞角度条件下, 在同一椭球面上不同探测点位置处的最大闪光辐射强度和最大闪光温度差别不大, 验证了撞击产生的闪光辐射以近似椭球的形状向外膨胀, 随着等离子体云的向外膨胀, 离碰撞点越远产生的最大闪光辐射强度和最大闪光辐射温度均越小; 在相同碰撞角度、不同碰撞速度条件下, 在同一椭球面上不同探测点位置处的最大闪光辐射强度和最大闪光温度均随碰撞速度的增加而增大。该研究在导弹拦截、天体物理及深空探测领域具有重要的应用价值。

为了揭示超高速撞击2A12铝中铝原子的光谱辐射特征, 利用建立的二级轻气炮加载系统和光谱仪采集系统, 采集3种不同实验条件下的光谱辐射强度并结合量子力学对2A12铝靶中铝原子的能级理论进行了描述。在Al原子球形壳层中发现, 电子的相对几率4πr2R2随相对原子中心的距离r变化的图形具有波动性的特点, 电子在能级及其附近运动; 原子核周围的电子在能级轨道出现的几率最大, 电子在能级轨道周围出现的几率较小; Al的原子光谱都出现一定的展宽, 验证了电子的能级跃迁释放或吸收能量的几率亦随原子中电子的位置波动变化。实验结果还表明:随着碰撞速度的增大, 在Al原子光谱中波长较小谱线的辐射强度增加较快, 波长较长谱线的辐射强度增加缓慢。

为研究超高速碰撞天然白云石板产生闪光温度衰减阶段的演化特征, 利用二级轻气炮和瞬态光纤高温计, 进行入射角度(与靶板平面的夹角)为45°、碰撞速度分别为1.9, 4.2 km/s两种条件下的超高速碰撞实验。根据冲击波理论, 推导出超高速碰撞天然白云石板产生闪光温度衰减阶段的半理论半经验公式。分析结果表明, 弹丸撞击靶板的速度越高, 闪光辐射温度衰减的持续时间越长。闪光辐射温度衰减阶段的理论推导与实验数据一致性较好, 闪光辐射温度衰减阶段的理论推导可对类似碰撞问题闪光辐射温度衰减阶段进行预估。

推导了碰撞产生闪光的射流起爆模型，并利用建立的光纤瞬态高温计测量系统和二级轻气炮加载系统，进行了碰撞速度相近、弹丸入射角度分别为45°和60°(与靶板平面的夹角)时球状铝丸超高速碰撞天然白云石板产生闪光现象的实验测试。实验结果表明：当弹丸为LY12铝、靶板为20 mm厚的天然白云石板，碰撞速度分别为1.86 km/s和1.96 km/s时，弹丸入射角度为45°时的闪光强度峰值大于弹丸入射角度为60°时的闪光强度峰值。

采用理论推导与实验相结合的方法，研究了强冲击LY12铝靶产生闪光的辐射强度演化特征。利用建立的光纤瞬态高温计测量系统与二级轻气炮加载系统，进行了6种实验条件下的强冲击实验。每组实验使用1组光纤探头，光纤探头直接对准碰撞点安装。通过实验所获原始数据结合标定得到了闪光辐射强度随时间的变化关系。实验结果表明，在给定实验条件及光纤探头安装方案下，闪光信号上升阶段的上升系数和衰减阶段的衰减系数在1～5之间。弹丸入射角度相同时，冲击速度越大，最大闪光辐射强度也越大。LY12铝弹丸强冲击LY12铝靶产生的最大闪光辐射强度,对测量波长为488～667 nm范围内的幂指数值在7.5～9.0之间变化。

为了研究超高速碰撞产生闪光辐射的速度及角度效应,利用建立的瞬态光纤高温计测量系统结合二级轻气炮加载系统,进行了6种实验条件下的超高速碰撞实验。每组实验使用一组光纤探头,基于实验所获原始数据结合标定,通过Matlab编程处理得到了给定实验条件及光纤探头安装条件下,超高速碰撞LY12铝靶产生的闪光辐射与碰撞速度和弹丸入射角度的关系。实验结果表明,超高速碰撞LY12铝靶产生的闪光辐射在温度峰值出现前近似与碰撞速度和弹丸入射角度(弹道与靶板平面的夹角)正弦乘积的平方成正比；碰撞闪光辐射在温度峰值出现后近似与碰撞速度和弹丸入射角度正弦乘积的0.75次幂成正比,与理论推导结果基本吻合。