题目：磁气圈与太阳风相互作用的数值计算

随着科学技术的进步，未来的航天技术将会越来越多的应用于人类对宇宙的探索，特别是对于太阳系边缘以及星际空间的探测，这就对空间推进技术提出了更高的要求。由美国华盛顿大学的Winglee教授提出的等离子体帆推进（又称微型磁气圈推进）是一种具有潜在的革命性的等离子体推进方式。等离子体帆通过将高密度的等离子体注入固定在飞船上的磁场，使固有的磁场膨胀产生磁气圈，来自太阳的太阳风粒子与磁气圈作用发生偏转，通过动量传递过程产生飞行器的推力。对空间的太阳风粒子能量的利用，使得等离子体帆具有高比冲和较高的效率。 本文研究了等离子体帆的工作原理、工作过程，在等离子体粒子合并和有限粒子法的基础上，建立了模拟等离子帆的空间模型，设计符合电磁场规律的Yee网格，通过PIC方法对磁气圈与太阳风粒子的作用过程进行了模拟，使用单链表追踪太阳风粒子的运动，并对比了膨胀前后磁场的变化。本文研究的重点是在等离子体帆与太阳风粒子作用的模型的基础上模拟太阳风与磁气圈的作用。本文对磁场膨胀过程进行了初步的研究，验证了等离子体帆的磁场膨胀、太阳风与膨胀磁场的作用过程，验证了磁力线在膨胀后的伸展，并研究了在外界条件变化的情况下，太阳风粒子和膨胀磁场的作用变化。