[发明专利]一种空间碎片的探测装置及方法

说明书

本发明实施例提供了一种空间碎片的探测装置及方法。所述探测装置包括第一敏感层、第二敏感层和第三敏感层，其中，所述第一敏感层、所述第二敏感层和所述第三敏感层均是由封装后的聚偏氟乙烯压电薄膜和设置于所述聚偏氟乙烯压电薄膜上的声发射传感器组成的，所述第一敏感层、所述第二敏感层和所述第三敏感层间隔预设距离横向排布设置，且所述第一敏感层、所述第二敏感层和所述第三敏感层相互平行。本发明实施例通过三层PVDF压电薄膜和声发射传感器进行组合，能够给出空间碎片撞击时刻、速度矢量、尺寸和材料类型等信息，为微小空间碎片环境探测与建模提供高质量探测数据，而且具有工艺简单、结构轻便、探测面积大、探测信息全面等优点。

技术领域

本发明涉及微小空间碎片探测技术领域，特别是一种空间碎片的探测装置及方法。

背景技术

随着人类航天活动增多，空间碎片数量日益增多，对空间飞行器的撞击威胁也愈加严重。其中，直径在1cm以下的碎片通常被称为微小空间碎片。微小空间碎片具有较高的速度，与航天器碰撞会破坏航天器表面涂层、材料和结构，影响高姿态精度航天器指向性能。为掌握空间小碎片的空间分布特征，国外开展过一系列探测活动。

微小空间碎片探测器按照感知技术原理可分为压电型、半导体型、电离型、格栅型以及组合式等5大类探测器。

压电型探测器可分为压电薄膜型和压电陶瓷型两类。其中，压电薄膜型探测器通常采用PVDF压电薄膜，微小空间碎片撞击PVDF产生去极化效应，薄膜上下表面分别聚集正负电荷，在电路中形成电流。通过采集和处理该电流信号，可以判断传感器是否被撞，并估算碎片尺寸。压电陶瓷(PZT)型探测器利用压电效应，通过探测被碎片撞击后产生的压电信号感知撞击事件。

半导体型探测器利用硅基片制成平板型电容器，由外部电路给电容器提供偏置电压，微小碎片与其发生碰撞后会放电产生电流，通过采集和处理该电流信号判断是否传感器是否被撞。

撞击电离型微小空间碎片探测器内部设置有纯金靶心，当碎片与靶心碰撞时，巨大动能产生等离子体云，过对等离子体的测量，可以获得空间碎片的质量、速度和成分等信息。

格栅型微小空间碎片探测器，通过将细小(宽度在亚mm甚至μm量级)导电条组成的导电格栅被封装后，利用外围电路监测其内部通断情况，根据其导通情况判断传感器是否被撞，并估算碎片尺寸。

组合式微小空间碎片探测器通常综合采用多种探测手段，探测要素较为全面，如NASA支持的PINDROP探测器采用声发射+凝胶的手段，通过监测撞击产生的声发射信号感知撞击事件并定位撞击点。利用凝胶在轨捕捉碎片，送回地面后直接分析碎片尺寸和材料理性，利用碎片在凝胶内的弹道轨迹反演碎片速度。NASA支持的SDS探测器则采用声发射传感器与多层导电格栅组合的探测方式。上述组合式探测器均可实现对撞击时间、位置以及碎片尺寸、速度、材料类型的探测。

然而，压电型探测器通常只能给出空间碎片的个数、速度和质量的信息，无法给出空间碎片的大小和方向的信息；半导体型探测器能够给出空间碎片的个数、大小的信息，无法给出空间碎片的方向和速度等信息；电离型探测器能够给出空间碎片质量、速度和成分的信息，也无法给出空间碎片的方向。格栅型探测器能够给出空间碎片个数、大小的信息，无法给出空间碎片的方向和速度等信息；组合型探测器能够给出空间碎片的个数、尺寸、速度、材料类型等信息，但是PINDROP在碎片尺寸探测范围存在上限，SDS工艺复杂。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种空间碎片的探测装置及方法。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种空间碎片的探测装置，包括第一敏感层、第二敏感层和第三敏感层，其中，