[发明专利]一种卫星深层充放电现象的模拟装置

说明书

一种卫星深层充放电现象的模拟装置，包括：粒子束流产生装置、真空罐、真空保持子系统、粒子检测仪和测试数据子系统，其中：粒子束流产生装置用于产生高能电子束流，该高能电子束流照射到试验样品之上；真空罐用于为模拟装置提供真空腔体空间；真空保持子系统用于保持真空罐的真空环境；粒子检测仪用于检测粒子束流以确定粒子输入是否正常；及测试数据子系统用于为模拟试验采集数据。

技术领域

本发明涉及卫星受粒子辐射效应的地面模拟技术，尤其涉及一种用于模拟空间高能电子在卫星介质充放电(也称之为卫星深层充放电或卫星内带电)现象的模拟装置。

背景技术

卫星内部的介质或不接地导体由于高能粒子的作用，会形成类似于地面上的静电带电的卫星深层充电，也即空间带电粒子在卫星的内部介质中累积，这会造成卫星的内部介质中发生电荷积累，而在卫星介质内部形成不均匀的电场或者卫星介质与周围空间之间的大电位差，被称之为卫星深层充电。当卫星介质内部电场集中区域场强超过阈值，或者介质表面电位与周围物体之间电位差超过阈值，会造成卫星内部的介质的不同部分之间出现放电现象，这种放电现象即类似于地面的静电放电。静电放电会释放出来电流脉冲、电磁脉冲及热脉冲，电流脉冲和电磁脉冲都会直接或间接耦合进卫星的电子学系统，从而干扰甚至伤害卫星的安全。针对卫星深层介质充放电现象和其危害，需要开展多方面工作，一方面需要在卫星上搭载卫星介质(深层)充放电的探测装置，另一方面就是需要开展地面理论和试验的研究，从而获得卫星介质(深层)充放电现象的宏观和微观特性及规律，以便为卫星在轨管理和故障诊断及卫星设计提供依据支撑。

开展卫星深层充放电的理论和地面试验研究，需要有一套地面模拟系统可以模拟太空中造成卫星深层充放电现象的粒子辐照、真空环境以及试验所需的测试数据采集系统等。

发明内容

因此，针对以上需要，本发明提出一种卫星深层充放电现象的模拟装置，由于空间质子和电子在卫星上入射的深度浅，对地球空间卫星造成深层充放电的为高能电子，因此该模拟装置采用通过加速器或者放射源的方式形成的电子束流，该电子束流对置于真空环境中的试验样品进行照射，从而对试验样品造成类似于卫星在太空中的深层充放电现象，然后对充放电现象产生的信号进行检测并进行数据处理，从而在地面上实现对太空中发生的卫星深层充放电现象的模拟。

根据本发明的一个实施例的卫星深层充放电现象的模拟装置，包括粒子束流产生装置、真空罐、真空保持子系统、粒子检测仪和测试数据子系统，其中：粒子束流产生装置用于产生高能电子束流，该高能电子束流照射到试验样品之上；真空罐用于为模拟装置提供真空腔体空间；真空保持子系统用于保持真空罐的真空环境；粒子检测仪用于检测粒子束流以确定粒子输入是否正常；及测试数据子系统用于为模拟试验采集数据。

优选地，粒子束流产生装置通过束流管与真空罐的侧壁连接，粒子束流产生的高能电子束流经束流管提供至真空罐内。

优选地，真空罐由不锈钢材料制成，其罐壁安装有监控摄像机，侧壁安装有可供观测的透明窗。

优选地，真空罐的底部安装有转台，所述转台为弱磁性，能够进行相应的移动，用来为试验样品和测试数据子系统提供适当的配合位置。根据一个实施例，转台包括托盘、支架及导轨，托盘用于放置试验样品，支架上安装试验样品及其它装置设备，导轨用于控制转台的移动。

根据一个实施例，真空保持子系统包括机械泵、分子泵、低温泵、检测仪和控制台，其中控制台用来控制机械泵、分子泵及低温泵有序地工作，机械泵用来初步地抽走真空罐中的空气，分子泵用来在机械泵之后进一步地抽走真空罐中的空气，而低温泵用来维持真空罐处于高度真空状态以便进行模拟试验。

根据一个实施例，测试数据子系统包括电位检测仪、电流检测仪、电磁脉冲检测仪及数据处理台，其中：电位检测仪用来在模拟试验过程中检测试验样品的电位变化，电流检测仪用来检测试验样品在试验过程中的静电放电电流脉冲，电磁脉冲检测仪用来检测真空罐内的电磁环境背景并检测试验样品在静电放电过程中的空间电磁脉冲。