[发明专利]一种空间低地轨道等离子体环境模拟实验系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种空间低地轨道等离子体环境模拟实验系统，属于空间应用设备技术领域。

背景技术

为了验证空间有效载荷在轨功能、性能指标的真实性和可靠性，需要在地面等离子体环境中进行空间有效载荷的实验验证、标定、测试与分析评估。

在通常情况下，空间低地球轨道等离子体电子密度为10⁹/m³～10¹²/m³，电子温度为1000K～5000K。现有的空间等离子体环境模拟设备一般是针对不同空间轨道高度的等离子体环境参数而创建的。由于实验目的不同，这些等离子体环境模拟设备的主要部分(真空容器和离子源)也不同，具有等离子体均匀区(300mm×300mm)小和不均匀度(优于25％)差的特点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提出一种空间低地轨道等离子体环境模拟实验系统。

实现本发明的技术方案如下：

一种空间低地轨道等离子体环境模拟实验系统，该实验系统包括微波等离子体源a、源舱a、插板阀a、实验舱门、实验舱、插板阀b、源舱b、微波等离子体源b、真空粗抽泵组、低温泵b、移动平台、低温泵c、低温泵d以及低温泵a；其连接关系为：实验舱一端通过插板阀a与源舱a连接；实验舱另一端通过插板阀b与源舱b连接；微波等离子体源a安装在源舱a的端面上；微波等离子体源b安装在源舱b的端面上；低温泵a和低温泵b安装在实验舱的中部；低温泵c和低温泵d安装在实验舱的下部；实验舱门安装在实验舱内部的一端，真空粗抽泵组安装在实验舱另一端的下侧；用于放置测试设备仪器的移动平台安装在实验舱内的下部。

进一步地，本发明所述实验舱由柱形直线段和位于直线段两端的过渡段组成，其中直线段的大小为：3.5m×5.0m，即直线段的长度为5.0m，直线段的直径为3.5m。

进一步地，本发明所述源舱a和源舱b相同，源舱由柱形直线段和用于与微波等离子体源相连的过渡段组成，其中直线段的大小为：1.0m×1.5m，即直线段的长度为1.5m，直线段的直径为1m。

进一步地，本发明所述微波等离子体源a和微波等离子体源b相同，所述微波等离子体源包括：磁控管、水负载、三销钉、多级磁场、密度调节组件、过渡段、共振腔、加速栅、环形器、激励腔及中和灯丝；其连接关系为：磁控管安装在激励腔上，激励腔与环形器的一端连接，环形器的另一端通过过渡段与共振腔连接，三销钉安装在过渡段上；环形器外安装水负载；多级磁场安装在共振腔外，共振腔的端面安装密度调节组件，在密度调节组件的外表面安装加速栅，在加速栅的外端面安装了中和灯丝。

进一步地，本发明所述密度调节组件包括前密度调节板和后密度调节板，前、后密度调节板相同，并可绕同一转动轴相对转动；其中，密度调节板上设有多个密度调节孔，密度调节孔均匀设置于以转动轴为圆心的圆上-。

进一步地，本发明所述加速栅上设有两组直径不同的加速孔，两组加速孔分别设置于以加速栅中心为圆心的两个同心圆上，且加速栅上所加载的电压可调。

有益效果

本发明实验系统通过双源舱(直线段1.0m×1.5m)、大实验舱(直线段3.5m×5.0m)和双微波等离子体源的设计，实现了大空间尺度的等离子体均匀区(Φ2m×3m)，在该均匀区域内的对称位置处等离子体不均匀度优于10％。

本发明通过转动前、后密度调节板，调节前、后密度调节板上密度调节孔的相对位置关系，从而使本发明等离子体产生装置的电子密度和离子密度可调，且调节范围为10⁹/m³～10¹²/m³。

本发明通过调节加速栅两端的电压，通过加速栅对离子进行加速，使得加速条件下离子能量为5～30eV(可调)，稳定性达到±2％(2h)。

附图说明

图1为本发明空间低地轨道等离子体环境模拟实验系统的正视结构示意图。

图2为本发明可调谐微波等离子体产生装置的正视结构示意图。

图3为本发明可调谐微波等离子体产生装置的密度调节板示意图。

图4为本发明可调谐微波等离子体产生装置的密度调节板工作原理示意图。

图5为本发明可调谐微波等离子体产生装置的加速栅示意图。