[發明專利]純引力軌道驗證質量的制備方法

有效

• 申請號: 201510315537.1
• 申請日: 2015-06-10
• 公開（公告）號: CN104898174B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 張育林;王兆魁;劉紅衛;侯振東;趙澤洋;范麗
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01V7/00
• 分類號: G01V7/00
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務所11337
• 代理人: 席小東

技術領域

本發明屬于空間引力探測技術領域，具體涉及一種純引力軌道驗證質量的制備方法。

背景技術

近年來，空間引力探測研究發展迅速，空間引力探測在精密測量、慣性傳感、激光干涉測量、超靜超穩結構等方面，對衛星平臺和載荷技術提出了前所未有的指標需求，極大地帶動了相關工程技術的進步，成為國際航天技術發展的前沿領域之一。

空間引力探測具有重大的科學意義，涉及衛星重力測量以及與廣義相對論驗證有關的引力波探測、等效原理檢驗、短程線效應和坐標系拖曳效應驗證等諸多方面。其中，衛星重力測量極大地改善了現有重力場模型的精度和分辨率，推動了地球物理學、空間物理學等學科的發展，特別是促成了相關學科在研究方法和分析手段上的革命式進步。而引力波探測、等效原理檢驗、短程線效應和坐標系拖曳效應驗證等空間基礎物理實驗，以地面難以實現的精度驗證廣義相對論的基本假設，極有可能引起現代物理理論的深刻變革，改變人們對物理世界的認識。因此，空間引力探測不僅會帶動航天技術的飛躍，也會促使現代物理理論的重大發展，極具研究價值。

空間引力探測任務的關鍵在于構造出純引力軌道，通過獲取并分析純引力軌道的動力學特征，實現重力場測量和廣義相對論驗證等目的。在物理實現上，純引力軌道通常通過以下方式構造：在一個大的衛星腔體內部放置一個自由飛行的驗證質量，其中驗證質量是高密度、高導熱性、低磁化率的質量塊。具有腔體的外衛星屏蔽了大氣阻力、太陽光壓等外部擾動對驗證質量的影響，并通過嚴格抑制驗證質量在腔體內部受到的其他非引力干擾，可認為驗證質量僅受地球引力的作用，即：驗證質量運行的軌道為純引力軌道，驗證質量沿純引力軌道運行，實現空間引力探測。如內編隊系統由外衛星和內衛星組成，內衛星作為驗證質量，在外衛星腔體中沿純引力軌道飛行。

在純引力軌道設計中，驗證質量所受到的非引力干擾的抑制程度，決定了純引力軌道的構造水平。驗證質量所受到的非引力干擾主要包括：屏蔽航天器產生的萬有引力、輻射計效應、熱輻射壓力以及電磁干擾等。經分析可知，電磁干擾是純引力軌道驗證質量受到的重要非引力干擾，降低驗證質量磁化率是降低其所受到的電磁干擾的主要方法。

現有技術中，通常采用金鉑合金作為驗證質量的材料。例如，國際上第一個空間引力波探測項目LISA和引力探測任務GP-B所采用的驗證質量，均采用了金鉑合金材料。其中，金是抗磁性物質，鉑是順磁性物質，通過適當的合金配比實現低磁化率目標。

然而，發明人在研究過程中發現，采用金鉑合金作為驗證質量時，由于鉑磁化率絕對量約是金的6倍，這意味著金鉑合金磁化率對其配比非常敏感，為使磁化率低于某一指標，允許的金鉑配比范圍很小。當要求的磁化率低到一定程度時，由于配比誤差的存在，滿足要求的合金配比甚至是無法實現的。因此，采用金鉑合金作為驗證質量材料，不利于極低合金磁化率的實現。

所以，如何使驗證質量具有極低的磁化率，從而降低驗證質量受到的電磁干擾，提高空間純引力軌道構造水平，是當前迫切需要解決的技術難題。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明提供一種純引力軌道驗證質量的制備方法，可有效解決上述問題。

本發明采用的技術方案如下：

本發明提供一種純引力軌道驗證質量的制備方法，純引力軌道驗證質量為金銥合金，純引力軌道驗證質量的制備方法包括以下步驟：

步驟1，確定需要作為純引力軌道驗證質量的金銥合金的體積磁化率指標要求χ_req,Au-Ir，單位為1；

步驟2，利用下式計算金銥合金中金體積百分比的下限v_Au,lower：

其中，χ_req,Au-Ir是所確定的金銥合金體積磁化率指標，單位為1；χ_0,Au是金的比磁化率，單位為cm³/g；χ_0,Ir是銥的比磁化率，單位為cm³/g；ρ_Au是金的密度，單位為g/cm³；ρ_Ir是銥的密度，單位為g/cm³；

步驟3，利用下式計算金銥合金中金體積百分比的上限v_Au,upper：