[發(fā)明專利]空間用四極濾質(zhì)器及同時(shí)獲得大氣密度和大氣成分的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210353586.0
• 申請(qǐng)日: 2012-09-20
• 公開（公告）號(hào): CN102891063A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李永平;何玉梅;陳華姣;李佳;譚倩倩;唐萍;吳陽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心
• 主分類號(hào): H01J49/42
• 分類號(hào): H01J49/42;H01J49/10
• 代理公司: 北京法思騰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;楊青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空間探測(cè)領(lǐng)域，尤其是涉及一種可以用于衛(wèi)星、飛船及深空探測(cè)器的空間用四極濾質(zhì)器及采用該空間用四極濾質(zhì)器同時(shí)獲得航天器運(yùn)行軌道空間的自然大氣密度和自然大氣成分的方法。

背景技術(shù)

空間自然大氣密度和自然大氣成分是空間環(huán)境最重要的因素，其變化受到太陽活動(dòng)、地磁擾動(dòng)、經(jīng)度、緯度、高度、星下點(diǎn)地方時(shí)、季節(jié)等因素的影響，是空間環(huán)境研究的主要對(duì)象。空間大氣密度和大氣成分探測(cè)已有數(shù)十年的歷史。人類對(duì)大氣密度和大氣成分認(rèn)識(shí)已有一定的基礎(chǔ)。但是隨著科學(xué)研究的深入、航天技術(shù)的廣泛滲透，人類對(duì)空間大氣密度、大氣成分的認(rèn)識(shí)開始上一個(gè)新的臺(tái)階，更高的探測(cè)需求得以提出。

自然大氣密度是低軌航天器運(yùn)行的主要阻力，也是影響航天器軌道控制精度、姿態(tài)控制精度以及在軌壽命的重要參數(shù)，而現(xiàn)有大氣模型誤差較大，尤其在太陽活動(dòng)和地磁擾動(dòng)時(shí)誤差尤其明顯，無法準(zhǔn)確反映航天器運(yùn)行軌道的大氣參數(shù)，將對(duì)航天器的運(yùn)行造成重大影響，因此獲取高精度大氣密度和成分的在軌實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)航天器尤為重要。而四極質(zhì)譜計(jì)是測(cè)量大氣密度和大氣成分的一種重要手段。

四極質(zhì)譜計(jì)是基于真空條件下電子轟擊氣體分子，電離后產(chǎn)生不同質(zhì)荷比的離子由四極濾質(zhì)器進(jìn)行分離，并進(jìn)行檢測(cè)的動(dòng)態(tài)質(zhì)譜儀。空間用四極質(zhì)譜計(jì)包含傳感器即四極濾質(zhì)器、電子線路和機(jī)械機(jī)構(gòu)。其中，四極濾質(zhì)器是指由直流和射頻疊加的四極場(chǎng)構(gòu)成的質(zhì)量分析器。

已有技術(shù)存在的問題主要是四極質(zhì)譜計(jì)，尤其是四極濾質(zhì)器部分，功能單一，無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)自然大氣密度和自然大氣成分的測(cè)量，且無法很好地適應(yīng)空間環(huán)境，在經(jīng)受空間力學(xué)振動(dòng)、高低溫、空間輻照等環(huán)境下，性能會(huì)發(fā)生下降；另一方面，由于以往探測(cè)裝置在系統(tǒng)集成度方面的限制，很難在實(shí)現(xiàn)上述多種測(cè)量目標(biāo)的同時(shí)，又能達(dá)到高集成度的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種空間用四極濾質(zhì)器，其能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)自然大氣密度和自然大氣成分的測(cè)量，還達(dá)到了高集成度、體積小的要求。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種空間用四極濾質(zhì)器，該空間用四極濾質(zhì)器包括：離子源組件、四極桿組件、芯柱組件、傳感器管殼和后端處理電路，離子源組件和四極桿組件裝在傳感器管殼內(nèi)且離子源組件裝在四極桿組件上，芯柱組件連接在傳感器管殼的底部并密封傳感器管殼，芯柱組件還與后端處理電路相連；其中，所述離子源組件包括離子源、屏蔽柵、離子注入柵、準(zhǔn)直器以及套筒連接件，且所述離子源、所述屏蔽柵、所述離子注入柵、所述準(zhǔn)直器及所述套筒連接件自上至下依次相連；其中所述離子源包括：陰極和加速柵極；所述離子源組件還包括電子抑制柵、離子抑制柵及總量收集柵；所述電子抑制柵、所述離子抑制柵從上至下依次裝在所述離子源上；所述總量收集柵連接在所述屏蔽柵和所述離子注入柵之間。

較佳地，離子源設(shè)有陰極阻尼支架，陰極阻尼支架用于支撐陰極。

本發(fā)明還提供一種同時(shí)獲得航天器運(yùn)行軌道空間的自然大氣密度和自然大氣成分的方法，該方法包括：吸收航天器運(yùn)行軌道空間的自然大氣中的自然電子；

吸收航天器運(yùn)行軌道空間的自然大氣中的自然離子，得到中性自然氣體分子；

將所述中性自然氣體分子電離成與大氣壓力成正比的離子流，吸引該離子流并進(jìn)行收集，使一部分與大氣壓力成正比的離子流形成總量離子流；獲得所述傳感器管殼的取樣室內(nèi)的氣體溫度；結(jié)合總量離子流以及所述取樣室內(nèi)的氣體溫度信號(hào)，來計(jì)算所述航天器運(yùn)行軌道空間的自然大氣的密度；

調(diào)制未收集到且與大氣壓力成正比的離子流，以使該離子流平行地注入所述四極桿；再使所述離子流與四極桿徑向平行；將該離子流分離成不同質(zhì)荷比的離子；收集通過所述四極桿的離子流，得到質(zhì)譜離子流；根據(jù)該質(zhì)譜離子流獲得所述航天器運(yùn)行軌道空間的自然大氣成分的質(zhì)譜圖信息，根據(jù)該質(zhì)譜圖信息即可獲得所述航天器運(yùn)行軌道空間的自然大氣成分及其含量。

較佳地，在離子源組件中進(jìn)行以下步驟：分別利用所述電子抑制柵、所述離子抑制柵相繼吸收所述航天器運(yùn)行軌道空間的自然大氣中的自然電子、自然離子；并且，采用所述總量收集柵收集通過所述屏蔽柵的離子流。

較佳地，結(jié)合總量離子流以及取樣室內(nèi)的氣體溫度信號(hào)，根據(jù)下述關(guān)系式來計(jì)算所述航天器運(yùn)行軌道空間的自然大氣密度，其中，關(guān)系式為：