本书围绕粒子束技术空间应用，分为四个部分进行论述。部分由、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3、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。

方进勇，博士（后），中国空间技术研究院西安分院研究员，中国航天科技集团公司科技委空间安全与维护专业技术组成员。主要研究方向包括：高功率微波技术、空间安全技术、空间环境等。完成“863”项目8项、航天科技集团公司重点预研项目1项。先后获国家科技进步二等奖1项，部级科技进步一等奖1项、二等奖6项、三等奖4项。发表SCI及EI论文50余篇。

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
5.4PIC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
0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
1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
2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
12.2ATP系统353
12.2.1系统组成及功能353
12.2.2ATP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
3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
4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