[发明专利]低轨道航天器空间电位探测器校准平台

说明书

技术领域

本发明涉及低轨道航天器空间电位探测技术，特别是一种低轨道航天器空间电位探测器校准平台。

背景技术

从保证航天器和人员安全的角度，研究可靠的空间电位监测系统和其探测方法是十分必要的，飞船和空间站上都需要装配能探测到这个公共地的监测设备即空间等离子体电位探测器，有效地监测航天器的绝对电位，既能研究航天器的充放电情况，又能为航天器对接前主动电位控制提供依据。绝对电位探测技术的研究始于上世纪六七十年代。目前国际上普遍采用基于Langmuir(朗缪尔)探针技术的航天器空间电位探测器，并应用在国际空间站(ISS)上，监测结果反馈良好。统计表明，在美国宇航局(NASA)的航天器计划中，装有Langmuir探针(空间电位探测器的核心部件)的航天器占12.9％。国际空间站(ISS)已经在2000年12月开始装备了FPP(Floating Potential Probe)，只工作了几个月就失效了，它在2001年曾探测到国际空间站的最大充电电压为-23V。国际空间站2005年8月开始装备了浮地电位探测单元(FPMU)，包括宽带Langmuir探针(WLP)、窄带Langmuir探针(NLP)各一个，以及浮地电位探针(FPP)和等离子体阻抗探针(PIP)。它们可测量等离子体空间电位、密度和电子温度，四个电极提供交叉数据，互为参考，互相验证，最终通过联动计算给出可靠的等离子体空间电位数值。其中宽带Langmuir探针(WLP)的测量范围为-80V～+20V，不确定度为±2V。国内一些研究机构在电推进研究、等离子体研究等中使用自研的Langmuir探针，该装置的测量准确性依据Langmuir探针收集电流的简化计算模型，推导计算等离子体特征参数，需要的边界条件和假设条件比较多，测量的不确定性和误差比较大，亟需通过比对、校准来提高测量结果的可信性。本发明人认为，随着我国航天事业的蓬勃发展，越来越多的航天器上需要装备空间电位探测器，将来会产生空间电位探测器标定、校准的大量需求。开展空间电位探测器校准技术的预先研究，能够解决空间电位测量的溯源问题，为空间电位探测器提供准确可靠的数据，保证量值传递的准确，保证探测器在型号上的成功应用。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种低轨道航天器空间电位探测器校准平台，从而为空间电位探测器提供准确可靠的数据，保证量值传递的准确，保证探测器在型号上的成功应用。

本发明的技术方案如下：

低轨道航天器空间电位探测器校准平台，其特征在于，包括低地球轨道空间等离子体环境模拟舱，所述模拟舱的真空室内设置有三维移动试验平台，所述三维移动试验平台上设置有标准探针组件和待测探针组件，所述标准探针组件连接标准探针测量电路，所述待测探针组件连接待测探针测量电路，所述模拟舱的真空室壳体分别连接等离子体源和真空获取系统，所述待测探针测量电路包括相互连接的计算机数据处理装置和数据采集装置，所述数据采集装置分别连接探针电压检测电路、探针电流检测电路和探针扫描电源电路，所述探针电压检测电路、探针电流检测电路和探针扫描电源电路均连接所述待测探针组件中的探针。

所述探针扫描电源电路采用幅度和频率可调的锯齿波电源，所述锯齿波电源给所述探针加上一个周期变化的电压，利用数据采集装置采集探针上的电压和电流值，送到计算机数据处理装置，得到所述探针的悬浮电位和等离子体的空间电位、电子温度和密度的参数。

所述计算机数据处理装置选用工控机，所述数据采集装置选用PCI多功能数据采集卡，所述等离子体源选用微波电子回旋共振ECR等离子体源，所述三维移动试验平台采用步进电机驱动丝杠结构，利用计算机控制所述步进电机把探针送到预定探测位置。

所述探针电压检测电路、探针电流检测电路和探针扫描电源电路均通过光电隔离电路连接所述PCI多功能数据采集卡，所述光电隔离电路从所述PCI多功能数据采集卡接收控制信号和地址信号，并向所述PCI多功能数据采集卡传输数据信号。

所述待测探针组件中的探针选自以下一种或超过一种的组合：球形探针，柱形探针，宽带朗缪尔探针，窄带朗缪尔探针，浮地电位探针，等离子体阻抗探针。

所述待测探针组件包括固定于所述三维移动试验平台上的探针基座，所述探针基座连接探针撑杆，所述探针撑杆的杆部结合有柱形探针或者所述探针撑杆的顶端连接有柱形探针或球形探针。

所述模拟舱的真空室壳体上连接有两个等离子体源，所述等离子体源选用微波电子回旋共振ECR等离子体源，所述两个等离子体源呈同轴相对或异轴斜对交叉。