[发明专利]一种着陆扬起月尘对着陆器太阳电池阵影响的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种着陆器扬起月尘对着陆器太阳电池阵影响的在轨测量方法，属于在轨测量技术领域。 

背景技术

美国阿波罗探月和研究经验表明，月球表面覆盖着一层约10cm厚的细沙，这些沙粒的直径不到0.03cm，由于其特点为细小、不规则且易带电，很容易被扰动而悬浮，并附着在探测器表面，且不易被清除，致使光学系统、热辐射器、太阳能电池阵等敏感部件性能下降。 

着陆器月面软着陆是月尘悬浮的主要因素。着陆时，大推力发动机羽流喷射至尘沙与月壤、月尘相互作用和着陆器着陆腿直接碰撞月面尘沙，导致月尘颗粒迅速扬起并悬浮，使得着陆器周围月面空中月尘量短期内迅速增加，然后在月球重力作用下慢慢回落。回落月尘很容易黏附在展开的太阳电池阵，通过降低太阳光线透过率，使其发电效率下降，同时也会改变太阳电池阵的热物理特性致使其热特性退化，温度会在短时间内上升，使其工作时间得不到保证，从而影响着陆器能源安全。回落月尘也会黏附在机构、光学镜头等其他月尘敏感器件上，影响其性能，因此要对着陆器的太阳电池阵等月尘敏感器件进行月尘影响测量具有重要的实际意义。 

目前国内没有在轨对月尘进行过实地测量研究，地面研究主要集中在月尘数值模拟和月尘影响模型建立，地面研究无法找到与月面相同的环境，也无法取得与月尘一样的物质，只能利用类似于月尘的矿山石灰和火山石灰对研究成果进行试验验证，所得研究成果有待后续在轨验证。 

国外除了地面研究月尘外，阿波罗系列探测器在轨对月尘进行了现场研究，其中阿波罗11号携带的月球粉尘探测器(LDD)，测试到了太阳电池阵由于月尘累积出现能量输出减小的现象，而阿波罗17号携带的LEAM仪器只对月尘的运动速度、方向和能量进行了在轨观察。 

上述轨测量研究，仅仅获得了月尘累积能量减小的特征，虽然证实了月尘黏附会影响着陆器太阳电池阵的发电效率，但是没有获得月尘累积特性，也没有依据该累积特性进行后期测量，更没有特定对着陆器月面软着陆作用下的月尘激扬规律进行在轨研究。 

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种着陆扬起月尘对着陆器太阳能电池阵影响的测量方法，能够针对着陆器发射、着陆以及在轨工作的特征，对着陆器上太阳能电池阵的月尘累积量与累积过程进行测量，实现了在轨测量。 

为达到上述目的，本发明的技术方案括如下步骤： 

步骤1、将太阳能电池探头置于着陆器的太阳能电池阵表面，并与太阳能电池阵保持等高，保持太阳能电池探头的测量视场不存在遮挡；进行地面标定，获得太阳能电池探头短路电流I_SC随其表面月尘累积质量m的增大的衰减系数k，从而获得关系曲线M。 

M具体为I_sc＝k·exp(-α·m)，其中k为衰减系数，其中γ为月尘微粒对光的吸收率、ρ为月尘微粒密度、h为月尘微粒直径、A为太阳能电池阵面积。 

步骤2、发射着陆器，并在着陆器下降至月面之前的太阳光照区，采用太阳能电池探头获得太阳能电池阵的初始短路电流值I₀，此时太阳高度角已知，依据曲线M，反演获得初始月尘累积量V₀。 

步骤3、在轨工作开始，太阳能电池阵展开之后，太阳能电池探头每分钟获取一次短路电流数据，直至连续三次或三次以上所获得的短路电流数据无变化为止。 

步骤4、对于每分钟对应的短路电流数据，依据关系曲线M获得每分钟对应的月尘累积量，该每分钟的累积量减去初始月尘累积量V₀，得到每分钟对应的真实月尘累积量。 

其中每分钟对应的真实累积量与短路电流数据之间的关系，即为着陆扬起月尘对太阳能电池阵发电功率的影响。 

优选地，步骤1进行地面标定时，采用具备1个太阳常数光强发光能力的太阳模拟器作为光源，并采用覆盖有不同质量月尘的玻璃盖片作为月尘累积平面，标定过程具体为：将月尘累积平面置于太阳能电池探头上，测量输出的短路电流。 

在标定的过程中，以光源入射角度作为太阳高度角，通过改变光源入射角度，获得多个不同的太阳高度角下，月尘累积量与短路电流的关系曲线。 

则所述步骤4中，依据关系曲线M获得每分钟对应的月尘累积量具体为：根据实际太阳高度角，将短路电流代入实际太阳高度角对应的关系曲线。 

优选地，步骤1进行地面标定时，采用具备1个太阳常数光强发光能力的太阳模拟器作为光源，并采用覆盖有不同质量月尘的玻璃盖片作为月尘累积平面，标定过程具体为：将月尘累积平面置于太阳能电池探头上，测量输出的短路电流。