[发明专利]低地球轨道空间环境与效应集成化探测系统

说明书

本发明公开了一种低地球轨道空间环境与效应集成化探测系统，主要包括电子探测器、离子探测器、原子氧探测器、温度传感器、电位探测器、污染探测器等，所有电路集成到电路板中，其中六面体壳体的任意三个成直角的面上分别设置电子探测器和粒子探测器且一个侧面上还设置温度传感器、原子氧探测器，另一相邻侧面上还设置电位探测器、污染探测器及温度传感器，第三侧面上设置所有电路集成化的电路板。本发明大幅降低空间环境及效应探测装置的体积、功耗和重量，重量将降低60％以上，累计体积将降低80％以上，功耗将降低30％以上且一套装置实现7种以上的探测功能。

技术领域

本发明属于空间环境与效应探测技术领域，具体而言，本发明涉及一种低地球轨道空间环境与效应集成化探测系统。

背景技术

在航天器运行空间的低地球轨道(LEO)空间环境中，航天器在将遭受多重空间环境的作用，包括真空、温度、各种粒子辐射(电子、质子、重离子等)、原子氧、诱发的污染环境等，可引起航天器产生单粒子效应、电离总剂量效应、原子氧侵蚀效应、表面充放电效应、污染效应等，是引起航天器在轨故障甚至失效的主要来源，严重影响航天器的在轨安全和可靠性。

目前，空间环境与效应的在轨探测也成为航天器空间运行的主要研究方向，国外航天大国和机构如NASA等，主要利用以LDEF、POSA和MISSE等为代表的搭载在低地球轨道(LEO)开展了大量的空间环境与效应探测。长期在轨暴露试验装置(LDEF)是典型的航天材料在轨暴露飞行试验装置，可以对真空、电子、质子、紫外、原子氧、微流星体和空间碎片、银河宇宙射线、热循环等环境及其对航天材料的效应进行长达69个月的在轨监测，获得了大量宝贵数据。POSA飞行暴露装置和MISSE系列试验对空间环境及效应进行了系列在轨研究，其中，OPM的核心设备为三台独立的光学仪器，主要部件包括：反射计、真空紫外分光光度计、总积分散射计(TIS)、分子污染监测器、原子氧监测器、辐射监测器等。单粒子效应主要是利用UoSAT系列卫星、SAMPEX卫星、APEX卫星等的在轨数据进行单粒子效应的实时监测与分析。利用SAMPIE、PIX-Ⅰ、PIX－Ⅱ、SFU、IPRE等专用或兼用卫星或试验装置开展了多次等离子体效应飞行实验研究工作。

而我国自1971年3月发射“实践一号”(SJ-1)科学试验卫星开始空间辐射环境天基探测以来，以搭载方式或专门的探测卫星开展了航天器轨道的空间辐射环境及效应的飞行试验。在40多年的时间内，先后发射了用于空间环境探测的专业卫星和搭载卫星30余颗目前开展的天基空间辐射环境及效应探测主要包括高能带电粒子、低能带电粒子、太阳x射线、单粒子效应、卫星表面充电、辐射剂量等。

国内常用的单一功能探测器的重量和功耗等见表1(不完全统计)。

表1低地球轨道空间环境探测器的重量、体积、功耗一览表

在LEO轨道，我国通过发射“实践”系列专用卫星或搭载装置，对电子、质子、重离子、X射线等环境，对电位差、单粒子效应等环境效应进行了探测。利用“神舟”系列飞船的搭载机会，开展了质子、重离子、电子、单粒子效应、表面充放电效应器、大气密度、大气成分等的探测。利用“资源”系列卫星的搭载机会，对电子、质子和重离子等进行了探测。目前国内的空间环境与效应的在轨探测主要是针对单一空间环境或效应探测，尚没有空间环境与效应的集成化探测方法，从而导致对每个单一物质进行探测时就会有一套独立的系统，不能快速、轻便地进行空间所有粒子或物质的探测。但如果实现在一套探测装置上实现多种空间环境及效应的探测，同时做到体积小、重量轻和功耗低，需要从功能和结构上进行系统考虑，存在较大的技术障碍。

发明内容

基于此，本发明的发明目的是提出一种低地球轨道空间环境与效应集成化探测系统，该系统实现低地球轨道空间环境及效应的通用、轻小型和集成化探测，从根本上解决多个单一功能探测载荷带来的重量大、功耗高和体积大带来的问题，从而实现在低地球轨道不同类型航天器的搭载使用。