[发明专利]一种卫星表面充放电现象的模拟装置

说明书

一种卫星表面充放电现象模拟装置，包括粒子束流产生装置、真空罐、真空保持子系统、粒子检测仪、测试数据子系统，其中：粒子束流产生装置用于产生低能粒子束流，粒子种类包括电子和离子，该粒子束流照射到试验样品之上；真空罐用于为模拟装置提供真空腔体空间；真空保持子系统用于保持真空罐的真空环境；粒子检测仪用于检测低能粒子束流以确定粒子输入是否正常；及测试数据子系统用于为模拟试验采集数据。

技术领域

本发明涉及卫星受粒子辐射效应的地面模拟技术，尤其涉及一种用于模拟空间等离子体在卫星表面充放电现象的模拟装置。

背景技术

卫星表面由于空间等离子体的附着作用，会形成类似地面静电带电的表面充电，表面充电会造成卫星与空间环境之间存在电位差，此即卫星表面悬浮电位。当卫星表面与空间环境之间出现过大的电位差，例如，在静止轨道卫星可以造成负2万伏高压，这样就会造成卫星表面与空间环境之间或者表面不同部分之间由于电位差过大出现放电现象(即如地面的静电放电)，这可能造成卫星的仪器的测量结果不准。静电放电会释放出来电流脉冲、电磁脉冲及热脉冲，电流脉冲和电磁脉冲都会直接或间接耦合进卫星电子学系统，干扰甚至伤害卫星安全。针对卫星表面充放电的现象和危害，需要开展多方面工作，一方面需要在卫星上搭载表面充电的探测装置，另一方面就是需要开展地面理论和试验的研究，从而获得卫星表面充放电的宏观和微观特性及规律，以便为卫星在轨管理和故障诊断及卫星设计提供依据支撑。

开展卫星表面充放电的理论和地面试验研究，需要有一套地面模拟系统可以模拟太空中造成卫星表面充放电现象的低能粒子束流、真空环境以及试验所需的测试数据采集系统等。

发明内容

因此，针对以上需要，本发明提出一种卫星表面充放电现象的模拟装置，该模拟装置采用通过加热阴极灯丝等方式形成的电子束流，采用通过电子轰击气体方式或其他方式产生的离子束流，利用前述的电子束流和离子束流对置于真空环境中的试验样品进行照射，从而使试验样品发生充放电现象，以此来模拟卫星表面在太空中由于受到太空等离子体中低能粒子的碰撞而形成的表面充放电现象。针对卫星表面不同类型的材料和构型等的充电、放电特性产生的电流、电磁脉冲的信号检测后得到的数据进行处理和研究，从而在地面实现对太空中发生的卫星表面充放电现象进行模拟的研究。

根据本发明的一个实施例的卫星表面充放电现象模拟装置，包括粒子束流产生装置、真空罐、真空保持子系统、粒子检测仪、测试数据子系统，其中：粒子束流产生装置用于产生低能粒子束流，该粒子束流照射到试验样品之上；真空罐用于为模拟装置提供真空腔体空间；真空保持子系统用于保持真空罐的真空环境；粒子检测仪用于检测低能粒子束流以确定粒子输入是否正常；及测试数据子系统用于为模拟试验采集数据。

根据本发明的一个实施例的模拟装置，粒子束流产生装置包括呈圆筒状的与真空罐壁连接的电子束流产生装置和离子束流产生装置，电子束流产生装置通过紫外光照射阴极或者加热阴极灯丝方式形成电子束流，离子束流通过电子轰击方式产生离子束流，二者所产生的电子束流和离子束流照射到试验样品之上。

优选地，真空罐由不锈钢材料制成，其罐壁安装有监控摄像机，侧壁安装有可供观测的透明窗。

优选地，真空罐的底部安装有转台，所述转台为弱磁性，能够进行相应的移动，用来为试验样品和测试数据子系统提供适当的配合位置。根据一个实施例，转台包括托盘、支架及导轨，托盘用于放置试验样品，支架上安装试验样品及其它装置设备，导轨用于控制转台的移动。

根据一个实施例，真空保持子系统包括机械泵、分子泵、低温泵、检测仪和控制台，其中控制台用来控制机械泵、分子泵及低温泵有序地工作，机械泵用来初步地抽走真空罐中的空气，分子泵用来在机械泵之后进一步地抽走真空罐中的空气，而低温泵用来维持真空罐处于高度真空状态以便进行模拟试验。