Page 34 - 《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

6.2 撞击体结构
在行星科学领域的撞击模拟实验中，由于最初目的为模拟天体撞击，因此，多使用实心球体作为撞
击体。然而，随着小行星防御成为研究热点，并且撞击体构型设计逐渐成为工程任务的焦点问题，有关
撞击体结构对撞击过程，尤其是对溅射幕形成和扩展影响的研究也逐渐展开。
如图 23 所示，Hermalyn 等 [117] 以“LCROSS”任务为背景，应用铝制实心弹丸和空心弹丸，以相近的
撞击速度（约 2.5 km/s）撞击浮石时，发现空心弹丸的撞击结果与“LCROSS”任务类似，即在形成锥形溅
射幕的同时产生了沿撞击速度反方向的高速（约 1.25 km/s）溅射物。该现象同样在 Kadono 等 [148] 应用空
心树脂弹丸的撞击实验中被发现，并且呈与速度相关的变化规律：(1) 低速撞击（v ＜200 m/s）时，弹丸不
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发生破碎或仅破碎成几个大碎片，仍沿撞击速度方向侵入靶体内部，依旧形成倒锥形溅射幕。(2) 中速撞
击（200 m/s＜v ＜350 m/s）时，如图 24(a) 所示，弹丸撞击区域破碎产生大量细小碎片，裂纹扩展后驱使弹
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丸其他部分形成多个大碎片。碎片侵入靶体并继续扩展，靶体材料在大碎片的挤压作用下沿碎片缝隙
运动飞出，形成射线形溅射幕。撞击中心区域由于破碎完全，不存在大碎片，靶体材料沿中轴线垂直向
上飞出。(3) 高速撞击（350 m/s＜v ＜800 m/s）时，弹丸整体破碎，形成的碎片在侵入过程中由于速度快速
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衰减，无法充分扩展。因此，大部分碎片集中于撞击点下方，导致垂直方向的溅射幕消失。(4) 超高速撞
击（2 000 m/s＜v ＜3 000 m/s）时，如图 24(b) 所示，弹丸撞击后整体发生破碎，在侵入靶体的同时沿径向快
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速膨胀扩展，形成环状碎片区域。环状碎片区域内部的颗粒靶体在碎片挤压作用下发生汇聚并沿铅垂
方向飞出，而环状区域外侧则形成倒锥形溅射幕。

Solid Hollow

(a) Ejecta curtain induced by the impact of solid projectile (b) Ejecta curtain induced by the impact of hollow projectile
图 23 撞击体结构对溅射幕形貌的影响 [117]
Fig. 23 Effect of impactor structure on ejecta curtain morphology [117]

(a) Intermediate-velocity impact (200−350 m/s)

(b) Hypervelocity impact (>2 000 m/s)
图 24 弹丸撞击破碎对溅射幕形貌的影响 [148]
Fig. 24 Effect of projectile impact fragmentation on ejecta curtain morphology [148]

值得注意的是，Hermalyn 等 [117] 与 Kadono 等 [148] 的研究均发现，溅射幕中存在沿撞击表面铅垂方向
的高速喷出物，这对于小行星防御中的撞击偏转方案设计具有重要意义。若通过设计撞击体的结构，使
得撞击溅射物中大部分沿更倾向于沿撞击面铅垂方向运动并离开目标天体，将进一步增强撞击过程的
动量传递效率。
综上所述，撞击体结构对成坑和溅射过程的影响主要体现在超高速撞击范围内，而撞击体形状的影
响则主要在低速撞击范围内展现。这两者在动能撞击偏转、着陆固锚、撞击采样等工程领域中的应用具

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