[发明专利]基于微通道板的紧凑型空间带电粒子探测器结构

说明书

本发明公开了一种基于微通道板的空间等离子体探测结构，主要包括两套上下对称固定设置的探测系统，每套探测系统包括一个静电偏转系统、用于能量分析的静电分析器和用于计数的微通道板和阳极板，其中探测器的外包络形状为圆柱体，顶部外接圆锥体，每个静电偏转系统由两块偏转极构成，加上高压静电后形成电场，任何带电粒子在电场作用下发生偏转，通过改变偏转极所加高压静电的大小与极性，来改变进入带电粒子的偏转角度，两套探测系统分别探测的带电粒子为离子和电子。本发明的优点在于，在紧凑的结构中实现了对空间环境中的离子、电子同时探测，互不干扰，既不占用体积、重量等星上资源，更不会因此影响探测范围、精度等关键指标。

技术领域

本发明属于星载探测结构的技术领域。具体来说，本发明涉及一种在空间环境中用于探测带电粒子的紧凑型探测器结构，可同时探测空间电子和空间离子。

背景技术

在卫星使用过程中，卫星疑似充放电异常主要表现为导航下行频内差、频间差跳变。根据归零分析结论，该异常是由于卫星10.23MHz时钟信号受扰，导致测距值出现整码片的跳变。通过分析某型号卫星在轨期间的环境引起异常事件来看，疑似充放电现象占此类卫星故障总数的47.29％。因此充放电事件在轨引起的卫星异常不可忽视。

进一步地，由于表面带电效应主要由磁层亚暴在磁尾注入的热等离子体引起，因此，需要对卫星附近空间环境的等离子体参量开展探测。探测数据可以用于辅助卫星在轨故障判别、在轨管理等；积累的探测数据可用于为表面带电风险分析及告警提供技术手段。目前，主要采用的探测装置为卫星携带带电粒子探测器，对等离子体环境开展探测。

上述的带电粒子探测器已知包括离子探测器和电子探测器两大类，但数据处理往往需要两者比对分析。因此，如果条件允许，通常同颗卫星上会同时携带一个离子探测器和电子探测器共同开展探测。但是，这样的弊端在于将占用星上更多的体积和重量，提高了卫星携带的成本。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种基于紧凑型的空间带电粒子探测器结构，该结构从飞行路径的角度来看，离子依次通过静电偏转系统测定其俯仰角，能量分析系统测定其能量电荷比，最后在计数系统测定方位角和通量，即可获得离子的能量、方向、通量等信息；于此同时，电子则通过了另一套静电偏转系统、能量分析系统、计数系统，同样的方法可获得电子的能量、方向、通量等信息。即一个结构同时兼具两种功能。

本发明的发明目的通过以下的技术方案实现：

空间带电粒子探测结构，主要包括两套上下对称固定设置的探测系统，其中每套探测系统包括一静电偏转系统、用于能量分析的静电分析器和用于计数的微通道板和阳极板，其中探测器的外包络形状为圆柱体，顶部外接圆锥体，每个静电偏转系统由两块偏转极构成，加上高压静电后形成电场，任何带电粒子在电场作用下发生偏转，通过改变偏转极所加高压静电的大小与极性，来改变进入带电粒子的偏转角度，两套探测系统分别探测的带电粒子为离子和电子；静电分析器为球面静电分析器，由两块电极组成，两者间的狭缝形成一个标准的几何球面，其作用是筛选E/q在一定范围内的带电粒子；计数系统由微通道板和阳极板构成，微通道板是经过高温热处理后的玻璃材料，能将收到的带电粒子信号强度放大，阳极板是一块印制电路板，正面紧贴微通道板，背面安装有电气插座将收到的放大信号转化为电路信号输出，在静电分析器的出口处使用微通道板探测静电分析器出射的带电粒子，经微通道板倍增后，带电粒子转化为电子束团，电子束团由微通道板下方的阳极板收集，在阳极板上产生电荷脉冲信号，脉冲信号传输至其他电路板后即可读取、分析。

其中，圆锥体中央轴线上部设置一碗状的偏转极，圆锥体与圆柱体连接处设置一圆环形的偏转极，其从外向内圆环高度逐渐降低并在横截面上形成圆弧形，其圆弧形与碗状偏转极之间形成电场，通过电场大小设置来控制带电粒子的偏转。

其中，印制电路板的形状大小与微通道板一致。

其中，偏转极、能量分析器均由铝合金加工制成。