[发明专利]质谱-能谱一体化高层中性大气探测装置

说明书

本发明公开了一种基于能谱分析仪的质谱‑能谱一体化高层中性大气探测装置，包括准直区、电离区、离子开关、加速电极、静电分析器、离子接收器、信号处理模块和控制系统，电离区用于使来自准直区的中性气体分子/原子束流转换为离子束流；离子束流进入加速区并进入静电分析器；再经过电压差作用偏转后进入离子接收器，信号输出至信号处理模块，从而实现两种工作模式，即能谱分析模式和质谱分析模式。本发明的探测装置能在能谱分析模式下获得中性大气速度和温度，质谱分析模式下可鉴别中性大气中各分子原子类型及其数密度。

技术领域

本发明属于航天技术空间环境探测技术领域，具体而言，本发明涉及一种基于能谱分析仪的质谱-能谱一体化高层中性大气探测装置。

背景技术

中高层大气(90km-2500km)受多种因素共同影响，变化十分复杂，目前对其机理尚未完全掌握。在此背景下，尽管国际上对大气密度模型的研究已经发展了50余年，但模型精度始终没有本质性的提高。公开发布的模型平均偏差始终徘徊在15％～20％附近，尤其是太阳地磁活动扰动期间，模型的偏差甚至达到100％以上。目前，我国仍沿用国外十几年前的大气密度模型，虽然我国也开展了大气密度成分就位探测，但由于各种原因，现有大气密度探测数据严重不足，难以满足航天器定轨预报、导弹飞行阻尼确定和临近空间飞行武器运动状态确定的精度要求。因此，需要研制高层中性大气探测装置，获取包括大气密度、成分、温度、来流速度等多参量高动态探测数据，服务于航天工程。

现有高层中性大气星载原位探测手段有压力计、质谱计、风场探测仪等。

压力计[孙丽琳，秦国泰，贺爱卿，李宏，神舟三号大气密度探测器、大气成分探测器地面校准系统,中国空间科学学会空间探测专业委员会第十五次学术会议,2002]基于热阴极电离规，其原理为：用电离法将入射的方向性分子流电离，通过测量入射口的直径和离子流的大小求出分子流强度，确定大气密度数据。该方法只能测量大气密度，无法获得大气的成分、温度、来流速度等，且大气密度为反演数据，其精度取决于所取参数值的精度，因而误差较大。

而质谱计包括四极质谱计[秦国泰,邱时彦,贺爱卿等。神舟2号大气密度探测器的探测结果(I)日照和阴影区域热层大气密度变化。空间科学学报，vol.22(2)，2002]和磁偏转质谱计[1郭美如,张伟文,李得天,等。空间小型磁偏转质谱计的研制.真空科学与技术学报.35(4),2015；2李得天,郭美如,肖玉华,赵以德,王亮,岳瑞,郭文瑾。一种小型磁偏转质谱计，CN201010186029.5]。但无论哪种质谱计，均只能用于测量大气成分和密度，无法获得大气的温度和来流速度等信息。

此外，现有技术中存在一种风场探测仪[黄建国,姜利祥,刘国青,焦子龙,张超,朱云飞.中高层大气成分温度风场探测仪.CN201410659670.4]。例如该专利中描述了一种中高层大气成分温度风场探测仪，具有准直分离器，电离室，分析器，微通道板，阳极，电流计。该探测仪能够测量大气的成分、温度和风场，但无法测量大气的密度，且成分的分辨率较低。基于此，提供一种能够进行原位探测并获得密度、成分、温度、来流速度等多参数的探测装置十分必要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于能谱分析仪的质谱-能谱一体化高层中性大气探测装置，该装置能够对中性大气进行原位探测并获得其密度、成分、温度、来流速度等参数。

本发明采用了如下的技术方案：