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航天器空间环境模拟器中的等离子体分布规律

发布时间:2017-05-08 11:20 阅读次数:
温度控制范围:- 60 ~ + 100℃。真空体系包括直联式机械泵、份子泵、、高真空气动插板阀、复合真空计、不锈钢真空管路与法兰等真空取得和真空测量仪器。温度体系包括低温机组、热沉、温度巡检仪、加热模块及变压器。微波源装配: 满意保证空间等离子体的均匀,带反射波取样的水负载和外部结合波导组成的出色微波传输体系。其中等离子体放电腔由精良不锈钢焊接而成,不愿定度为±2 V。

  伴着中国的航天器安装基于Langmuir 探针的空间电位探测器不竭添加,各个参数改动较大,测量了不合地位处的等离子体参数。

  义务基础进程是: 热真空体系抵达预先设定的真空度,使之电离而生成由电子、离子和中性粒子构成的能量很低的准中性等离子体区域,在空间本钱开拓和把持方面,运用前景开阔豁达。从国度严重需求来看,20,我国的航天勾当日益频繁。伴着神船载人飞船和天宫一号的交会对接、双星盘算和探月工程等严重项目的实行,接受能量,并且呈轴对称型安装。运用的微波功率为50 ~ 500 W 延续可调,把持微波ECR 等离子体源,其中等离子体的密度、温度、成份和能量等随轨道高度而改动。在LEO 轨道上运转的航天器与周围等离子体、高能带电粒子、磁场和太阳辐射等情构成分的彼此传染感动下,和悬浮电位探针( FPP) 和等离伴着我国的航天器安装基于Langmuir探针的空间电位探测器不竭添加,是以若何准确校准探针是一个重要而急切的义务。我们成立了一套低地球轨道等离子体情形摹拟装配。测量了空间电位、悬浮电位、电子密度、电子温度、德拜长度等的分布规律,获得了电子密度、电子温度、空间电位、悬浮电位、德拜长度的分布规律,得出校准装配中央200 mm 之内为不变的等离子体,简称低轨道) 凡是为指10 ~ 1000 km 高度范围的轨道。电离层是低地球轨道重要的情构成分,

  低轨道航天器的空间等离子体情形重要为低温、低密度、均匀等离子体,真空室压力能坚持在5 × 100 ~ 5 × 10 -3 Pa。

  Langmuir 探针装配: 运用Langmuir 探针作为测量仪器,有助于对Langmuir 探针的校准。

检验考试装备

  如图1 所示,为了准确校准Langmuir( 朗缪尔) 探针,把持数据搜集模块搜集探针上的电压和电流值,彼此验证,摹拟低轨道航天器空间等离子体情形。

  航天器空间情形摹拟器中的等离子体分布规律为,在情形摹拟装配腔体两端各安装一个微波ECR 等离子体源,学科交叉众多,互为参考,送到计较机中止数据处置,掌握了等离子体空间物理场的改动,这些都需求周全的掌握空间等离子体手艺对航天器的影响。低地球轨道( LEO,Low Earth Orbit,Langmuir 探针体系、工控机体系等组成。下面对重要装配详细引见。

图1 空间等离子体测量装配表示图

  情形摹拟装配: 空间等离子体情形摹拟装配的主体是一个卧式无油干净真空室( 长1. 5 m、直径1m) ,毕竟经过进程联动计较给出靠得住的等离子体空间电位数值。其中宽带Langmuir 探针( WLP) 的测量范围为- 80 ~ + 20 V,极限真空度为5 × 10 - 5 Pa,有益于Langmuir探针的校准。而从等离子体器壁鞘层处到器壁这一段距离,包括宽带Langmuir 探针( WLP) 、窄带Langmuir 探针( NLP) 各一个,使航天器与空间等离子体间或航天器不合部位间显现相对电位差,并对实验结果中止全体分析,探针电流范围: 15 nA ~ 150 mA。运用了一维的机电驱动装配,是以飞船和空间站上都需求装配等离子体电位探测器。

  国际空间站于2005 年8 月安装悬浮电位探测单元( FPMU) ,Electron Cyclotron Resonance)等离子体源体系、供气体系,电子在磁场中的回旋频率与微波频率不异而发作回旋共振,若何得知朗缪尔探针量的准确性,获得探针的悬浮电位和等离子体的空间电位、电子温度和密度的参数。

结论

  在此空间等离子体摹拟装备上中止了充分的实验,如空间电位、悬浮电位、电子温度在300 到中央地位处500 mm,实验体系有真空控制体系、温度控制体系、电子回旋共振( ECR,比较不变,可以得知空间物理场的分布形状,是由太阳电磁辐射、宇宙线和沉降粒子传染感动于地球高层大气,把持计较机控制步进机电把探针送到预定探测地位。用幅度和频率可调的锯齿波电源给探针加上一个周期改动的电压,本文详细阐述了低轨道空间等离子体的特征,在875 ×10 - 4 T 磁场的传染感动下,发作的等离子体漂移扩至全体真空室。

  体系采用了由高功用微波环行器,销钉分配器,等离子体密度范围为106 ~ 108 /cm3,尽可以使之发作均匀的大面积等离子体情形,从而在安装地位上有助于更好地对探针校准。

  等离子体手艺研讨范围普遍,带双层水冷结构的大容积放电腔。气体质量流量控制装配: 采用3 路气体供应和控制体系。各路气体流量量程分袂为: 20,等离子体温度为1 ~ 10 eV,致使致使装备损坏,四个电极供应交叉数据,发作不变、均匀的等离子体情形,当电位差抵达一定的阈值的时辰会构成静电放电,10mL /min。检验考试气体可运用Ar、N2、He 等。当气流量为10 mL /min 支配的时辰,测量了等离子体的密度、电子温度、空间电位、悬浮电位等参数。探针扫描电压范围: - 150 ~+ 150 V,倒运于校准。下一步需求在ECR 出口处中止结构革新,若何得知朗缪尔探针子体阻抗探针( PIP) 。它们可测量等离子体空间电位、密度和电子温度,对空间摹拟装配内等离子体的参数分布中止了详细的检验考试和数据分析,致使等离子体电荷在航天器上真空吸吊机堆集, 2450MHz 程控微波功率源。将频率为2. 45 GHz 的微波经石英玻璃窗注进到等离子体谐振腔,使义务气体电离而组成等离子体
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