正文
科学问题之一是认识等离子鞘套动态特性，提升对信息传输环境的认识。研究等离子鞘套随飞行器姿态、流场湍流、压力脉动和烧蚀等多种紧耦合随机因素的变化规律，揭示高速流体中等离子鞘套动态性的形成机理和演化过程；探索等离子鞘套动态特性的建模和数值求解方法，解决多物理化学过程耦合的时-空多尺度数值计算问题，提升对等离子鞘套环境和分布的物理认识。主要由浙江大学、中国空气动力研究与发展中心联合开展研究。
科学问题之二是探索电磁波与动态等离子鞘套的相互作用机理及其复杂介质特性，提升对电磁波传播规律的认识。建立动态等离子鞘套模型、电磁波传播与散射模型，揭示电磁波与动态等离子体非线性作用机理，研究色散、非线性、有耗的等离子鞘套复杂介质中电磁波传播的时、频、相位变化特性与散射特性，解决电波传播和信道统计时间从载波（纳秒）到信道特性（秒）之间的大时间跨度计算问题。探索等离子鞘套下电波传播特性的干预机制和方法。主要由西安电子科技大学和哈尔滨工业大学联合开展研究。
科学问题之三是探讨动态等离子鞘套信道特性及适应动态等离子鞘套信道环境的信息传输理论与方法。等离子鞘套严重时，信号产生高达几十分贝的衰减，信噪比极低，信道容量趋于零，特别是等离子鞘套强动态特性造成信号幅度、相位变化剧烈，使得传统基于波形和能量的检测处理方法失效。因此在低信道容量、高动态信道变化的情况下，研究动态等离子鞘套下的信号传输特性，建立动态等离子鞘套空时频多域信道模型，提出动态等离子鞘套下的信息传输理论与方法，对解决“黑障”具有重要的理论意义与极高的应用价值。由清华大学、西安电子科技大学和北京临近空间飞行器系统工程研究所联合开展研究。
目标：通得了，通得好
传统意义上对“黑障”机理的认识，是通信信号能量被阻挡导致的“通不了”；研究发现导致“黑障”的另一重要原因是：等离子鞘套中流场的随机湍动，使通信信号在穿透等离子体绕流场时发生了附加调制效应，即使在信号强度足够的条件下，也有可能因此而导致解码失败，即所谓的“通不好”，加剧了“黑障”现象。为实现可靠信息传输的目标，从两条路线展开研究（见图3）：
图3 总体技术路线
“通不了”时通过物理干预寻找通信窗口，探索干预等离子鞘套传播特性的机制，改变等离子体特性，降低等离子的导电能力，另外改善电波传播特性，减少电波与电子的作用，从微观机理寻求突破。利用干预手段，寻找信道窗口，实现从“通不了”向“可能通”的转变。“通不好”时寻找通信新方法，探索空时频多域协同理论，建立空时频多域并行信道，提出自适应通信有效方法，通过多域协同充分利用信道资源和高维调制编码实现可靠信息传输。
涌现一批原始创新成果
等离子鞘套信息传输环境认识从形成机理、计算方法和实验观测方面同时并进。针对等离子鞘套复杂流动特性，发展了跨流域、高精度和时空一致性的等离子绕流场求解方法，获得了典型外形飞行器时间和空间尺度上较为精细的非定常流场数据和等离子鞘套动态数据（见图4）。基于大涡模拟计算方法，发展了湍流、激波/边界层干扰及波系相互干扰、流动分离等复杂流动的数值计算方法，建立求解相对应的等离子鞘套参数分布动态模型。利用高分辨率阴影成像、光谱测量、瞬态压力与热流测量、静电探针测量等多种测试手段相互融合，对激波管缩比模型等离子鞘套特性进行了综合动态观测。通过小型化阵列静电探针研发，在激波管设备上实现了等离子体电子温度与电子密度分布动态测量，实现了业界最高的诊断速度，高分辨观测高速激波等离子体演化过程。
