Page 22 - 《爆炸与冲击》2025年第12期

第 45 卷 张鸿宇，等： 颗粒靶体撞击溅射行为研究进展 第 12 期

(3) 溅射物沉积阶段。撞击溅射幕中的大部分靶体物质将回落并分布于撞击坑周围，而对于其中部
分高速运动的溅射物，若其溅射速度超过了天体表面的逃逸速度，则会从靶体表面飞离。根据开坑流场
驱动的靶体材料运动特性，溅射物在沉积时，撞击坑边缘远端的沉积物主要源自撞击中心区域，而撞击
坑边缘附近的沉积物则主要来源于撞击中心的远端。
1.1.2 颗粒靶体的低速撞击
低速撞击过程（速度通常在百米每秒量级）同样涉及接触压缩、开坑和溅射物沉积 3 个阶段。在接
触压缩阶段，由于地面模拟实验撞击速度相对较低，且撞击体一般选择金属材料，因此，撞击体通常不会
发生破碎，而是将其下方的靶体颗粒压缩至更深层 [70] 。另外，在冲击作用下，靶体内部形成一个近似半
球形的压缩波向深层传播，该压缩波的中心位于撞击体下方一定距离，并随撞击体一起运动 [71] 。在开坑
阶段，靶体内部传播的压缩波与表面反射的稀疏波共同作用形成开坑流场，驱动中心撞击区域外的颗粒
沿流场运动飞出。最后，在溅射物沉积阶段，飞出的溅射物在重力作用下回落，沉积于撞击坑附近。
低速撞击与超高速撞击在中心撞击区域的能量和动量传递，以及撞击体和靶体颗粒的响应方面存
在显著差异。早期研究多采用二级轻气炮或爆炸模拟天体撞击过程，而低速撞击则更多用于模拟返回
式飞船和登月舱的着陆过程。然而，两者之间也存在一定的相似性。随着撞击过程的发展，尤其是在进
入“后期”阶段（即主要的瞬态效应已经结束，成坑和溅射过程进入稳定演化阶段）时，远离撞击中心区
域的靶体内部的应力波传播、材料变形和破坏模式可能会展现出相似的特征。后期等效假设 [63-64] 理论
表明，通过开展相似性分析并引入无量纲数，可以实现对不同撞击速度下的成坑和溅射行为规律进行等
效和外推。基于该假设，低速撞击实验因其更低的实验成本、更易操作的实验设备，以及对撞击细节的
精确观测，逐渐被应用于天体撞击成坑和溅射的各种特性分析中。
1.2 溅射幕的分类及其描述
目前对于地外天体撞击溅射过程尚缺乏系统的观测数据，其描述方法主要依赖于地面实验研究。
根据相关结论，溅射幕的分类和描述方式可以归纳为对称溅射幕、非对称溅射幕和射线形溅射幕 3 种。

(1) 对称溅射幕主要形成于撞击体正撞击靶
体。Deboeuf 等 [72] 给出了对称溅射幕的描述方
法，图 6 中标明了所涉及的参数，其中 H 为主体 D t
溅射幕顶端与靶体表面的距离，D 为主体溅射幕
t
顶端直径，D 为主体溅射幕底端直径，θ 为主体 H θ
b
溅射幕的溅射角度。
(2) 非对称溅射幕主要形成于撞击体斜撞击 D b
靶体。撞击角 γ 定义为撞击速度方向与靶体表
图 6 对称溅射幕描述参数 [72]
面的夹角，如图 7(a) 所示。随撞击角变化，溅射 Fig. 6 Variables of symmetry ejecta curtain [72]
幕的几何外形又可呈现椭圆形、马鞍形与蝴蝶
形 3 种，将在 4.2 节具体阐述。对于非对称溅射幕的几何描述，可以采用如图 7(b) 所示的参数。其中，
L 表示溅射幕水平投影下的长轴长度，L 表示溅射幕水平投影下的短轴长度。溅射幕上任一点 P 的位
w
l
c
c
置通过方位角 η 描述，该位置溅射角沿用对称溅射幕中溅射角 θ 的定义。
(3) 射线形溅射幕与对称溅射幕和非对称溅射幕不同，表现为主体溅射幕中分布着射线状聚集高速
飞离的溅射物，并可以在撞击坑周围形成射线状沉积。尽管这种现象早在天文望远镜发明不久便已被
发现，但是针对其产生原因及演化特性的研究近年来才逐步开展 [73-75] 。Sabuwala 等 [76] 和 Pacheco-Vázquez [77]
给出了其几何形貌描述方法，如图 7(c) 和 (d) 所示。其中，D 、θ 沿用了对称溅射幕中主体溅射幕底端直
b
径和溅射角的定义，H 为溅射幕主体部分的溅射高度，H 为溅射幕中射线部分的溅射高度，L 则表示射
r
r
c
线到撞击中心的距离。

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