[发明专利]一种空间碎片撞击航天器带电表面模拟电路及系统

说明书

本发明提出了一种空间碎片撞击航天器带电表面模拟电路及系统，涉及空间环境对航天器的服役安全性评估技术领域。电路中的导电层、绝缘层以及靶板依次平行设置于超高速加载设备的发射管出口处。电容器一端与导电层连接，另一端与靶板连接。该系统包括超高速加载设备及上述电路。平行设置的导电层以及靶板在电容器放电的作用下可以均匀带有极性相反的电荷，其间设置绝缘层可以避免导电层以及靶板之间在未进行撞击实验时发生短路现象。超高速加载设备发射的弹丸可以模拟空间环境中的碎片，利用发射弹丸穿过导电层及绝缘层撞击带电靶板模拟航天器带电表面遭遇空间碎片的撞击，通过终端显示存储设备对撞击瞬间靶板的放电特性进行测试。

技术领域

本发明涉及空间环境对航天器的服役安全性评估技术领域，具体而言，涉及一种空间碎片撞击航天器带电表面模拟电路及系统。

背景技术

航天器运行于空间环境中会遭遇空间碎片撞击、空间高能粒子的辐射等空间环境效应作用。同时，由于空间环境中99％以上的物质都是以等离子体状态存在，以等离子体为主要特征的空间环境会诱发航天器带电。当空间碎片撞击航天器带电表面时，撞击产生的等离子体将诱发航天器带电表面放电。碰撞产生等离子体及诱发放电等离子体会进入航天器内部对电子器件的造成严重的电磁干扰，导致航天器在轨工作异常甚至造成永久失效。

目前，国内外科研人员开展了空间碎片撞击航天器表面材料诱发的力电响应特性研究，而对于空间碎片撞击航天器带电表面的地面模拟实验研究尚属空白。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空间碎片撞击航天器带电表面模拟电路及系统，用以改善现有技术中无法模拟空间碎片撞击航天器带电表面诱发的放电现象模拟及测试的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种空间碎片撞击航天器带电表面模拟电路，包括：导电层、绝缘层、靶板以及电容器。导电层、绝缘层以及靶板依次平行设置于超高速加载设备的发射管出口处。电容器，其一端与导电层连接，其另一端与靶板连接，以用于在其充电完成后使导电层表面以及靶板表面带电。

上述实现过程中，平行设置的导电层以及靶板在电容器放电的作用下可以均匀带有极性相反的电荷，导电层以及靶板之间设置绝缘层可以避免导电层以及靶板之间在未进行撞击实验时发生短路现象。超高速加载设备的发射管发射的弹丸可以模拟太空空间环境中的空间碎片，弹丸从超高速加载设备的发射管出射，穿过导电层以及绝缘层后撞击至带电靶板上。设置在导电层以及靶板中间的绝缘层可以避免导电层以及靶板之间在未进行撞击实验时发生短路的现象，确保能够准确模拟航天器表面遭遇空间碎片撞击的情况。

在本发明的一些实施例中，导电层、绝缘层以及靶板的平面大小相同。保证导电层以及靶板均匀带电，同时，也保证导电层以及靶板之间在未撞击时不会发生短路现象。

在本发明的一些实施例中，导电层以及绝缘层与超高速加载设备的发射管出口对应的位置均设置有圆孔。

上述实现过程中，导电层以及绝缘层与超高速加载设备的发射管出口对应位置设置有圆孔，以避免实验过程中弹丸撞击靶板时将导电层与模拟航天器表面带电的靶板连通，经导电层放电，保证弹丸撞击靶板时能够准确的模拟航天器表面受到空间碎片撞击的情况。

在本发明的一些实施例中，靶板为2A12铝板。2A12铝板为一种高强度硬铝材料，常用于航空航天行业，以保证模拟实验的真实性和结果的准确性。

在本发明的一些实施例中，空间碎片撞击航天器带电表面模拟电路还包括：电源，其两端与电容器连接，以用于为电容器充电。该电源可以调节其输出电压的大小，为电容器充电，进一步地可以通过调节电源输出的电压大小改变与电容器连接的导电层以及靶板上的带电量，保证模拟实验的灵活性。

在本发明的一些实施例中，空间碎片撞击航天器带电表面模拟电路还包括：开关，其设置于电源与电容器之间，以用于控制电源为电容器进行充电。提高模拟实验的可操作性以及便利性。