[实用新型]航天器高能带电粒子主动防护装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种高能带电粒子主动防护装置，特别涉及一种专用于航天器的防护高能带电粒子的主动防护装置。

背景技术

外空间带电粒子对航天器有很大的危害，目前，航天器对于高能带电粒子的防护主要是被动防护，即提高元器件抗辐射的能力以及在元器件表面覆盖抗辐射盖板。但是抗辐射盖板的厚度需要随着带电粒子能量的增加而增加，这大大增加了航天器的重量，同时带电粒子同抗辐射盖板作用产生的二次发射效应也大大影响了抗辐射效果。

国内外航天器的辐射防护都是采用覆盖抗辐射盖板的被动防护方式。近年来，很多国家开始设计针对带电粒子的主动防护方法，主要包括电场防护、磁场防护及等混合防护等。电场防护由于耗电功率大等无法解决的问题，目前还存在很大的困难。根据计算，如果采用电场防护，要维持200兆伏特电压，至少需要10兆千瓦的功率。同理，等离子体防护也暂时无法实现。随着近些年来高温超导产业的不断发展，利用超导线材产生磁场来防护高能带电粒子成为最简单可行的一种方式，这里我们把用来主动防护的磁场称为“磁鞘”。

利用磁鞘对高能带电粒子的防护是最简单可行的一种方式。所谓磁鞘就是在航天器表面形成一层强度足够的磁场，使得带电粒子在到达航天器表面之前偏转，或者束缚在磁场中，从而不能对航天器造成伤害。

1993年，美国Duke大学Franklin Cock为NASA撰写了针对太阳辐射粒子的航天器磁防护最终报告。他的磁鞘实现的方式是在航天器外围环绕超导电流环，半径为2000m，重量达到2000Kg，电流1200A，这种设计能够使200MeV的质子在到达航天器表面之前偏转。而超导电流环对宇航员及飞行器的影响小于地磁场的影响。这种方式要求附加的设备的尺寸和重量都是超出目前航天器发射能力的，短期内不可能实现。

2000年，意大利的P.Spillantini等人提出了一个磁鞘形成的方式。他们主要考虑的是载人航天器内宇航员的防护，需要考虑的粒子是三十MeV-几百MeV的质子。他们提出，高能太阳宇宙射线(Solar cosmic rays)是有方向性的。因此，可以通过监测太阳的活动或者通过在航天器上安装磁探测器的办法来确定粒子的角度，然后在某一个方向上采用磁防护。这种方式的缺点在于需要根据太阳活动来调整姿态，对航天器本身的姿控带来较大的影响。

2007年，第45届空间科学大会上美国弗罗里达科学院的ErwanA.kervendalh和Daniel R.kirk提出一种较新的极轻质量超导磁鞘设计方案。他们提出用自伸展结构作为磁鞘的支撑结构，这样可以大大减小质量。因而可以设计出多层防护磁鞘，并分别给出了单双层防护鞘以及含嵌入环式双层防护鞘的防护效果。这种方式质量小，不会给航天器带来较大负担，但结构复杂，在空间展开的时候存在较大的不确定性，容易出现失误。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种专用于防护高能带电粒子的航天器高能带电粒子主动防护装置，利用其产生的磁鞘实现对带电粒子的主动防护。

本实用新型的可由以下技术方案完成：

一种航天器高能带电粒子主动防护装置，包括航天器1、一组超导线圈环2和上、下两块圆形铝蜂窝夹层板制作的固定板3。其中，航天器1固定在两块固定板3之间，并基本位于固定板3的中心位置。固定板3靠近外缘处均匀布置有两圈数目相等的开孔，两块固定板3成上下对称布置，超导线圈环2垂直穿过上下固定板3相对应的开孔，形成以航天器1为中心的发散式布置的超导线圈环组。

其中，超导线圈环2的数量在8个到20个之间，优选为12个。

其中，超导线圈环2具有采用铝材料制作的外壳。

其中，超导线圈环2的横截面为两端外接半圆形的长方形形状。

本实用新型的有益效果在于：

a.辐射防护装置产生的磁场大。高温超导线材输运电流大，可以达到几百安培，产生很大的磁场。银包套的Bi系多芯带材的超导临界转变温度为105K～110K，临界工程电流密度可以达到8000～12000A/cm²。

b.辐射防护装置重量轻。高温超导线材与常规电缆相比，具有明显的优势：一是损耗低。高温超导电缆的导体损耗不足常规电缆的1/10，加上制冷的能量损耗，其运行总损耗也仅为常规电缆的50％～60％。二是容量大。同样截面的高温超导电缆的电流输送能力是常规电缆的3～5倍。三是节约材料。具有同样传输能力的高温超导电缆与常规电缆相比，使用较少的金属和绝缘材料，大大节约了重量。