Page 33 - 《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

任务的开展，小行星表面砾石堆结构对撞击成坑和溅射特性的影响得到了广泛关注 [139-142] ，相关研究正在
逐步推进。

6 撞击体形状和结构对溅射行为的影响

根据撞击过程撞击体的状态，已开展的研究可主要分为 2 大类：(1) 撞击体形状对溅射幕形成和扩
展的影响。这一研究方向主要关注低速撞击，撞击体在撞击和侵入过程中的形状保持完整，并与靶体发
生充分的相互作用，进而影响靶体内部形成的颗粒流场，导致溅射幕形貌发生变化。(2) 撞击体结构对溅
射幕形成和扩展的影响。该研究方向集中于超高速撞击条件，撞击体在撞击过程中发生破碎，由形状带
来的影响可以忽略，但是其结构特性，例如空壳结构或含通孔结构等，仍能对溅射幕的形成和扩展造成
重要影响。
6.1 撞击体形状
在低速撞击条件下，撞击体在撞击过程中维持刚体，其表面形貌会导致颗粒靶体形成局部能量聚集
区，进而影响溅射幕的初始形成过程及后续的扩展运动。如图 21 所示，Pacheco-Vázquez [77] 的研究表明，
撞击体表面的凸起部分可能导致撞击体与靶体接触面局部区域发生能量汇聚，从而驱动射线形溅射幕
的形成。

(a)

(b) (c) (d) (e) (f) (g)
图 21 撞击体形状导致的射线形溅射幕 [77]
Fig. 21 Ray-shaped ejecta curtain generated by impactor shape [77]

同时，如图 22 所示，表面凸起之间的距离也
可能对射线数量产生重要影响，当表面凸起数 Ray-shaped ejecta
量 N 较少时，射线条数 n 为表面凸起数量 N 的 Ray-shaped ejecta
r
2 倍 ； 而 当 表 面 凸 起 数 量 N 较 大 时 ， 射 线 条 数 r
n 则与表面凸起数量 N 相等，转变的临界表面凸
R R
起数量 N 可表示为：
*
πR Projectile Projectile
∗
N ≈ (13)
2r (a) n=2N (b) n=N
ß
N＞N ∗ n = N 图 22 射线数量与撞击体表面凸起距离的关系 [77]
(14)
N＜N ∗ n = 2N Fig. 22 Variation in the number of rays due to convex distance [77]
式中：r 为表面凸起半径。
另外，在侵入过程中，撞击体表面形状可影响靶体瞬时空腔和次表层颗粒流场的形成和扩展 [143-146] 。
以较典型的平头和锥形头撞击体为例，平头撞击体倾向于将靶体压缩至更深层，而锥形撞击体则更具有
将接触区域靶体侧向劈裂的能力 [70] 。当次表层颗粒流场的改变反映于近表层区域时，溅射物溅射速度
的水平和铅垂方向分量将发生改变，导致其扩展运动和空间质量分布产生变化。该特性在小行星撞击
采样的任务设计中可发挥重要作用：根据采样目标区域砾石粒径、孔隙率范围等特性，有针对性地设计
撞击体形状、收集器结构等，以获得最大质量的样本 [145, 147] 。

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