[发明专利]一种大尺度均匀等离子体环境模拟系统及其模拟方法

说明书

本发明涉及一种大尺度均匀等离子体模拟系统及其模拟方法，属于空间环境模拟与空间环境探测领域。本发明所述的一种大尺度均匀等离子体环境模拟系统中，采用过渡的源舱可以使进入实验舱的等离子体更加均匀；采用亥姆霍兹(Helmholtz)载流线圈，有效减弱或消除了大尺度等离子体环境模拟系统源舱及实验舱内等离子体中荷电粒子漂移效应；采用特殊结构形式的等离子体输出端板，有效提高了源舱和实验舱内等离子体分布径向均匀性，并减小了轴向梯度。本发明所述的一种大尺度均匀等离子体环境模拟方法，可实现大尺度模拟实验舱内等离子体密度分布径向不均匀性＜10％(φ500mm尺度范围内)，轴向不均匀性＜10％(φ500mm尺度范围内)。

技术领域

本发明涉及一种大尺度均匀等离子体模拟系统及其模拟方法，属于空间环境模拟与空间环境探测领域。

背景技术

空间等离子体环境模拟试验技术不仅用以研究空间物理、空间天气学和空间环境等，也是考察研究航天器及其材料与空间等离子体相互作用的基本方法手段。特别是对于空间环境探测类有效载荷(朗缪尔探针、等离子体分析仪、电场探测仪、表面电位分析仪等)，为了正确有效地实验验证与测试评估其工作原理、运行模式、功能和性能等，需要在地面创建大尺度均匀的等离子体环境，用以客观真实地模拟航天器与载荷飞行轨道离子体环境条件。

发明内容

基于空间等离子体环境地面模拟试验技术，依据空间环境探测类有效载荷工作原理和功能性能要求，本发明的目的在于提供一种大尺度均匀等离子体环境模拟系统及其模拟方法，用以模拟航天器与载荷飞行轨道等离子体环境。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种大尺度均匀等离子体环境模拟系统，所述系统包括：等离子体源、等离子体输出端板、实验舱、实验舱水平亥姆霍兹载流线圈和实验舱垂直亥姆霍兹载流线圈；其中，等离子体源和实验舱分别等轴连接在等离子体输出端板的两端，实验舱水平亥姆霍兹载流线圈的中心与实验舱的中心在同一竖直方向上，实验舱垂直亥姆霍兹载流线圈的中心在实验舱的轴线上；实验舱水平亥姆霍兹载流线圈的个数为2个，实验舱垂直亥姆霍兹载流线圈的个数至少为4个，实验舱内设有真空抽气装置、等离子体诊断装置和磁场测量装置。

进一步的，所述系统还包括源舱、源舱水平亥姆霍兹载流线圈和源舱垂直亥姆霍兹载流线圈，源舱等轴连接在等离子体输出端板和实验舱之间；源舱水平亥姆霍兹载流线圈的中心与源舱的中心在同一竖直方向上，源舱垂直亥姆霍兹载流线圈的中心在源舱的轴线上；源舱水平亥姆霍兹载流线圈的个数为2个，源舱垂直亥姆霍兹载流线圈个数至少为2个；源舱内设有真空抽气装置、等离子体诊断装置和磁场测量装置。

进一步的，所述实验舱采用无磁不锈钢材质，有效直径大于1500mm，有效长度大于3000mm。

进一步的，实验舱内的气体为氩气。

进一步的，所述等离子体源在2h时间尺度内，实验舱内等离子体密度或电子温度的标准偏差小于2％。

进一步的，等离子体输出端板为圆环结构，其端面开有周向均匀分布且径向呈扇形分布的弧形通槽。

进一步的，等离子体输出端板上均匀开出12组弧形通槽，每组弧形通槽含有10段同心圆弧，每段同心圆弧且沿径向呈25°张角扇形分布；内圆弧形通槽的直径为180mm，外圆弧形通槽的直径为360mm，各弧形通槽径向间距为20mm。

进一步的，所述源舱采用无磁不锈钢材质，有效直径大于500mm，有效长度大于1000mm。

一种大尺度均匀等离子体环境模拟方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将大尺度均匀等离子体环境模拟系统沿地磁场水平投影方向放置；