[发明专利]纯引力轨道验证质量的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于空间引力探测技术领域，具体涉及一种纯引力轨道验证质量的制备方法。

背景技术

近年来，空间引力探测研究发展迅速，空间引力探测在精密测量、惯性传感、激光干涉测量、超静超稳结构等方面，对卫星平台和载荷技术提出了前所未有的指标需求，极大地带动了相关工程技术的进步，成为国际航天技术发展的前沿领域之一。

空间引力探测具有重大的科学意义，涉及卫星重力测量以及与广义相对论验证有关的引力波探测、等效原理检验、短程线效应和坐标系拖曳效应验证等诸多方面。其中，卫星重力测量极大地改善了现有重力场模型的精度和分辨率，推动了地球物理学、空间物理学等学科的发展，特别是促成了相关学科在研究方法和分析手段上的革命式进步。而引力波探测、等效原理检验、短程线效应和坐标系拖曳效应验证等空间基础物理实验，以地面难以实现的精度验证广义相对论的基本假设，极有可能引起现代物理理论的深刻变革，改变人们对物理世界的认识。因此，空间引力探测不仅会带动航天技术的飞跃，也会促使现代物理理论的重大发展，极具研究价值。

空间引力探测任务的关键在于构造出纯引力轨道，通过获取并分析纯引力轨道的动力学特征，实现重力场测量和广义相对论验证等目的。在物理实现上，纯引力轨道通常通过以下方式构造：在一个大的卫星腔体内部放置一个自由飞行的验证质量，其中验证质量是高密度、高导热性、低磁化率的质量块。具有腔体的外卫星屏蔽了大气阻力、太阳光压等外部扰动对验证质量的影响，并通过严格抑制验证质量在腔体内部受到的其他非引力干扰，可认为验证质量仅受地球引力的作用，即：验证质量运行的轨道为纯引力轨道，验证质量沿纯引力轨道运行，实现空间引力探测。如内编队系统由外卫星和内卫星组成，内卫星作为验证质量，在外卫星腔体中沿纯引力轨道飞行。

在纯引力轨道设计中，验证质量所受到的非引力干扰的抑制程度，决定了纯引力轨道的构造水平。验证质量所受到的非引力干扰主要包括：屏蔽航天器产生的万有引力、辐射计效应、热辐射压力以及电磁干扰等。经分析可知，电磁干扰是纯引力轨道验证质量受到的重要非引力干扰，降低验证质量磁化率是降低其所受到的电磁干扰的主要方法。

现有技术中，通常采用金铂合金作为验证质量的材料。例如，国际上第一个空间引力波探测项目LISA和引力探测任务GP-B所采用的验证质量，均采用了金铂合金材料。其中，金是抗磁性物质，铂是顺磁性物质，通过适当的合金配比实现低磁化率目标。

然而，发明人在研究过程中发现，采用金铂合金作为验证质量时，由于铂磁化率绝对量约是金的6倍，这意味着金铂合金磁化率对其配比非常敏感，为使磁化率低于某一指标，允许的金铂配比范围很小。当要求的磁化率低到一定程度时，由于配比误差的存在，满足要求的合金配比甚至是无法实现的。因此，采用金铂合金作为验证质量材料，不利于极低合金磁化率的实现。

所以，如何使验证质量具有极低的磁化率，从而降低验证质量受到的电磁干扰，提高空间纯引力轨道构造水平，是当前迫切需要解决的技术难题。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种纯引力轨道验证质量的制备方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种纯引力轨道验证质量的制备方法，纯引力轨道验证质量为金铱合金，纯引力轨道验证质量的制备方法包括以下步骤：

步骤1，确定需要作为纯引力轨道验证质量的金铱合金的体积磁化率指标要求χ_req,Au-Ir，单位为1；

步骤2，利用下式计算金铱合金中金体积百分比的下限v_Au,lower：

其中，χ_req,Au-Ir是所确定的金铱合金体积磁化率指标，单位为1；χ_0,Au是金的比磁化率，单位为cm³/g；χ_0,Ir是铱的比磁化率，单位为cm³/g；ρ_Au是金的密度，单位为g/cm³；ρ_Ir是铱的密度，单位为g/cm³；

步骤3，利用下式计算金铱合金中金体积百分比的上限v_Au,upper：