[發明專利]一種基于空間稀薄流環境的模擬方法

無效

• 申請號: 201210293530.0
• 申請日: 2012-08-17
• 公開（公告）號: CN102829947A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 胡龍飛;陳思員;梅文龍;俞繼軍
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: G01M9/08
• 分類號: G01M9/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

技術領域

本發明涉及一種空間稀薄流環境的模擬方法，屬于深空探測技術領域。

背景技術

深空探測是當前航天事業發展的重要方向。為了使巡航狀態的探測器繞外行星(如火星、金星)運行，需要對探測器進行剎車操作。常見的剎車方式有兩種：推進器剎車和氣動剎車。相對于推進器剎車，氣動剎車能夠節約40％的燃料損耗，是當前深空探測的主要剎車方式。氣動剎車的實現程度直接關系到深空探測任務的成敗。

在氣動剎車過程中，氣動產生的空間稀薄流環境會對探測器產生侵蝕效應。該侵蝕效應會降低探測器的使用性能和壽命，甚至影響深空探測任務的實施。已有的近地軌道環境效應研究表明，稀薄流環境侵蝕效應對探測器的影響因子為7-9，即處于會降低探測器的使用壽命到可能導致飛行任務的失敗之間。為了保證深空探測任務的順利實施，有必要開展氣動剎車環境效應的系統研究工作。

目前，氣動剎車環境效應的主要研究方式為空間飛行實驗和理論計算。空間飛行實驗的結果可靠性高，但實驗費用昂貴。理論計算費用較低，但必須以空間飛行實驗數據為參考。由于空間飛行實驗后的探測器元件很難回收，現有的空間飛行實驗和理論計算研究還不能實現對氣動剎車環境效應的定量表征。該狀況大大增加了探測器的設計難度，提高了深空探測任務的費用，進而對深空探測事業的發展造成不利影響。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種基于空間稀薄流環境的模擬方法，該方法得到的薄流環境具有模擬參數(如熱流、焓值)連續可調，氣動力/熱參數可原位測量等特點，能夠用于對空間稀薄流環境效應的定量研究。

本發明的技術解決方案是：一種基于空間稀薄流環境的模擬方法，方法依托的設備包括置于同一腔室內的電子回旋共振源、靜電加速板和力/熱測量臺，電子回旋共振源與靜電加速板在同一水平線上；靜電加速板與力/熱測量臺在同一垂直線上；靜電加速板表面與水平方向呈30-60度夾角；方法步驟如下：

(1)對上述腔室進行抽真空處理，待腔室真空度達到本底真空度后向腔室中通入外行星模擬氣體，使腔室內真空度達到工作真空度范圍；

(2)在電子回旋共振源位置施加水平方向的磁場，并向靜電加速板方向輸入微波，使得腔內的模擬氣體生成等離子體；

(3)在電子回旋共振源和靜電加速板支架施加電勢差，使得步驟(2)生成的等離子體向靜電加速板移動并發生碰撞，碰撞后的等離子體束流發生中性化，生成模擬空間稀薄流環境；所述的模擬空間稀薄流環境的焓值通過調節步驟(2)中的微波功率來實現，通過調節上述電勢差來改變模擬稀薄流環境的熱流；

(4)力/熱測量臺上的電子天平和熱電耦，通過對力/熱參數的原位測量即可實現對模擬稀薄流環境參數的表征。

所述步驟(2)中的磁場強度為900-1000高斯，微波源頻率為2450MHz，功率為200-1000W。

所述步驟(3)中的電勢差為0-10V。

本發明與現有技術相比有益效果為：

(1)本發明采用ECR源作為等離子體發生器，通過離子化-加速-反射的方式模擬稀薄流環境，消除了氣體膨脹的影響，模擬得到的稀薄流環境均勻性好。

(2)氣動剎車是能夠節約40％的燃料損耗，是當前深空探測器的主要剎車方式。在剎車過程中，外形行星大氣的稀薄流環境會對探測器產生侵蝕效應，即氣動剎車環境效應。現有氣動剎車效應的研究方式主要為理論計算，該類研究不能提供的氣動環境對空間材料侵蝕效應的定量結果，對探測器設計的支撐力度有限。本發明模擬稀薄流環境參數如熱流、焓值等，可以通過微波功率和施加在ECR源-靜電加速板間的電勢進行分別調節，最大限度地滿足了空間稀薄流環境效應的定量研究需求。

(3)本發明在力/熱測量臺位置設有電子微天平和低溫熱電耦，能夠對模擬稀薄流產生的氣動力/熱效應進行原位測量。

附圖說明

圖1本發明提供的空間稀薄流環境模擬方法示意圖；

圖2為力/熱測量臺結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖詳細說明本發明。

圖1本發明提供的空間稀薄流環境模擬方法示意圖。如圖1所示，本發明提供一種空間稀薄流環境的模擬及表征方法，所述模擬及表征方法依托的設備包括電子回旋共振(ECR)源1、靜電加速板2和力/熱測量臺3三部分。ECR源1與靜電加速板2在同一水平線上；靜電加速板2與力/熱測量臺3在同一垂直線上。靜電加速板2表面與水平方向呈30-60度夾角。靜電加速板2為高原子序數的金屬，例如鉬、鉭等。