Page 35 - 《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

有重要意义。然而，现有研究多集中于对撞击特性的分析，尚未深入探讨其背后的机理，也未建立相应
的描述模型，未来仍需要进一步开展研究。

7 总结与展望

对国内外学者在颗粒靶体撞击溅射行为方面的研究进行了综述。首先，介绍了溅射幕在接触压缩、
开坑和溅射物沉积 3 个阶段的形成过程，简要分析了其形成机制，并结合前人已开展的实验研究结果，
给出了溅射幕的分类和描述方法。其次，重点阐述了撞击溅射相似律的推导过程，指出了其适用范围和
局限性。最后，对现有相似律未覆盖的重要影响因素，如靶体参数、撞击参数、靶体表面形貌以及撞击
体形状和结构等进行了梳理。在深空探测和小行星防御等工程任务快速开展的背景下，结合当前研究
现状，有必要在充分理解颗粒靶体撞击溅射特性的基础上，对其形成机制及随后的时空演化进行更深入
的探讨。为此，指出以下 4 个需要关注的研究方向。
(1) 撞击坑和溅射幕的形成机理及理论模型的构建。撞击体撞击颗粒靶体的力学过程复杂，涉及到
撞击体与颗粒靶体的相互作用、颗粒与颗粒间的相互作用，在具有大气的天体表面还涉及颗粒与孔隙中
气体的相互作用。并且，在超高速撞击中，瞬时产生的高温高压环境还会使撞击体与靶体发生熔化甚至
气化。因此，未来的研究应深入考虑撞击过程中撞击体及靶体颗粒破碎、多相耦合等因素，揭示撞击坑
及溅射幕的形成机理，并在此基础上建立理论模型。
(2) 相似律中的参数细化和扩展。当前的相似律虽能较好地预测撞击结果，但其涵盖的参数尚待进
一步细化和扩展，尤其是撞击体形状和撞击角度等可对溅射幕形成和扩展产生关键影响的参数。随着
采样返回式地外天体探测和小行星防御技术的快速发展，相似律作为工程设计阶段对任务目标的有效
预测手段之一，需要进一步考虑上述参数，以提升相似律在面对各种撞击体和靶体特性时的适用性。
(3) 溅射幕的颗粒组构及分布特性。现有研究重点关注溅射幕的溅射速度和溅射角，而对其内部颗
粒组构和分布鲜有研究。近期，部分学者通过数值模拟技术对分层靶体开展了初步探索，获得了溅射幕
中各层靶体颗粒的占比 [149] 。但是，实际的风化层更加复杂，不仅有沿重力方向的孔隙率、颗粒粒径等梯
度变化，同层也具有不同的粒径级配。考虑到采样任务期望收集次表层风化程度更低的样本，因此，需
要针对撞击梯度分层、不同粒径级配靶体形成的溅射幕开展研究，以获得溅射幕中来自各层靶体颗粒的
占比及其在溅射幕中的空间分布。
(4) 溅射幕在复杂空间环境下的时空演化。小行星表面产生的溅射幕受微重力、静电效应以及高真
空等复杂空间环境影响，现阶段建立的模型无法预测其实际的演化和扩展过程。开展复杂空间环境以
及内部颗粒相互作用对溅射幕时空演化的影响研究并建立模型，将可为小行星防御动能偏转方案提供
更准确的撞击过程参考，同时也是撞击后解译分析模型的重要参数输入。

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