[发明专利]一种卫星尾区离子电流收集测试装置及方法有效
申请号: | 201210484649.6 | 申请日: | 2012-11-25 |
公开(公告)号: | CN102944721A | 公开(公告)日: | 2013-02-27 |
发明(设计)人: | 汤道坦;秦晓刚;李得天;杨生胜;陈益峰 | 申请(专利权)人: | 中国航天科技集团公司第五研究院第五一〇研究所 |
主分类号: | G01R19/00 | 分类号: | G01R19/00 |
代理公司: | 北京理工大学专利中心 11120 | 代理人: | 杨志兵;李爱英 |
地址: | 730000 甘*** | 国省代码: | 甘肃;62 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 卫星 离子 电流 收集 测试 装置 方法 | ||
技术领域
本发明涉及一种卫星尾区离子电流收集测试装置及方法,属于空间充放电效应电流收集领域。
背景技术
当卫星运行在低温度高密度等离子体环境中时,在其尾区形成一明显的“航迹”,这是一个不相等的电子和离子耗尽区,由于卫星运动速率大于离子热速率而小于电子热速率,因此电子可较容易地进入这个区域从而形成一负电位势垒,这就是所谓的“尾区效应”,其对卫星的明显作用是在尾区介质表面将充电至一较高的负电位。一般地,卫星因“尾区效应”而形成的表面带电是影响低轨道特别是极轨卫星安全运行的重要问题之一。
尾区带电效应表面电位主要依赖于收集的电子通量与离子通量之比,通过卫星尾区的电流收集特性规律研究,可为进一步开展航天器电位分析提供数据基础。目前,我国在此方面的研究处于空白。因此,本项发明主要提供一种尾区电流收集效应试验装置和方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种为卫星表面充电情况的在轨监测的设计方法。
为实现上述目的,本发明的技术方案如下。
一种卫星尾区离子电流收集测试装置,所述装置包括:金属圆盘、电流收集电极、电流计、等离子体诊断系统、考夫曼离子源、抽真空系统、高压偏置电源、PC机、真空室、灯丝;
其中,在真空室内部,灯丝对称安装在真空室的上下壁面上;金属圆盘通过金属丝竖直悬挂在真空室的中心位置;考夫曼离子源安装在真空室左侧壁面上,并与金属圆盘的盘面正对;电流收集电极位于金属圆盘的右侧,通过支持杆对电流收集电极进行支撑;考夫曼离子源、金属圆盘、电流收集电极的中心位于一条直线上;等离子体诊断系统位于真空室内部;
在真空室外部,PC机与等离子体诊断系统连接;高压偏置电源一端接地,高压偏置电源另一端通过导线与电流计连接后,导线穿过真空室与电流收集电极连接;抽真空系统与真空室连接;
优选金属圆盘为铝圆盘,直径为10cm,厚度为2cm;
优选所述电流收集电极为直径5mm的不锈钢球;
优选金属圆盘和考夫曼离子源出口之间的距离为30~40cm;电流收集电极与金属圆盘中心的直线距离为1~15cm。
优选所述等离子体诊断系统为Langmuir探针。
优选所述灯丝为钨丝。
一种卫星尾区离子电流收集测试方法,所述方法步骤如下:
步骤一、打开抽真空系统对真空室抽真空;
步骤二、打开灯丝,使灯丝发射电子电流;打开考夫曼离子源,在离子源栅极上施加离子加速电压,使离子源发射离子束流;打开等离子体诊断系统,对等离子体环境的密度和能量进行诊断,根据诊断结果调节发射的离子和电子电流。
步骤三、打开高压偏置电源,对电流收集电极施加偏置电压,通过电流计读出不同偏置电压下的离子收集电流,作出离子收集电流与施加偏压之间的I-V特性曲线。
步骤四、改变电流收集电极与金属圆盘中心的直线距离,重复步骤二和步骤三,获得尾区不同位置下的离子收集电流与施加偏压之间的I-V特性曲线。
优选步骤一中,抽真空后真空室的真空度≤8.0x10-4Pa。
优选步骤二中,打开考夫曼离子源在离子源栅极上施加100~1000V的离子加速电压,所述电子电流和离子束流密度范围均为50~200mA/cm2;根据诊断结果调节真空室内的等离子体密度为109~1012/m3。
优选步骤三中,高压偏置电源对离子电流收集电极施加偏置电压的范围为1~-20kV,增加步长为500~2000V。
优选步骤四中,电流收集电极与金属圆盘中心直线距离的变化范围为1~15cm。
有益效果
(1)本发明提供了一种卫星尾区离子电流收集测试装置,所述装置采用了金属圆盘放置在定向流动的等离子体中,在金属圆盘的离子流下游即可产生尾区效应代替卫星结构,产生尾区等离子体环境。消除了卫星上介质充电效应对尾区不同区域离子电流收集的影响;
(2)所述装置利用金属球作为电流收集电极,放置在圆盘的尾区,可在金属球上施加不同的偏置电压模拟不同的充电电位,并能在其接线回路上串联一个电流计用于测量金属球的收集电流。实现了尾区不同充电电位和不同位置的离子电流收集情况的测量。
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