[發明專利]激光驅動飛片誘發放電效應試驗系統及試驗方法

在審

• 申請號: 201711347656.0
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108120889A
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發明（設計）人: 沈自才;劉業楠;徐坤博;曹燕;劉宇明;王志浩
• 申請（專利權）人: 北京衛星環境工程研究所
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種激光驅動飛片誘發放電效應試驗系統，包括激光器系統、飛片靶速度測試系統和真空室系統，所述飛片靶速度測試系統包括用于接收第一分光鏡的折射激光的第一光電探頭、用于發出測束激光的第二光電探頭以及與第一光電探頭和第二光電探頭通信連接的數字示波器。此外，本發明還公開了一種激光驅動飛片誘發放電效應試驗方法。本發明利用激光驅動飛片誘發放電效應裝置有效模擬空間微小碎片撞擊誘發的放電效應，并實現對航天器外露材料或部組件在充電狀態下經受微小碎片撞擊發生的效應或現象的有效評估。

技術領域

本發明涉及一種激光驅動飛片誘發放電效應試驗系統，屬于空間環境效應試驗技術領域。

背景技術

衛星帶電效應又稱充放電效應，是指衛星與空間等離子體和高能電子等環境相互作用而發生的靜電電荷積累及泄放過程，分為表面充放電效應和內帶電效應。表面充放電效應是指衛星與空間環境相互作用下，電荷在衛星表面材料中積累和泄放的過程。航天器在軌運行期間，將處于低能等離子體環境的包圍之中，其主要成分為低能電子和質子，主要來源于日冕物質拋射的太陽風。等離子體的粒子通量、能量等于太陽活動、光照、地球磁場、軌道空間位置等相關。等離子體環境將于航天器的表面材料相互作用，使航天器表面積累電荷。由于衛星的表面材料的介電性能、幾何形狀等不同，從而引起衛星表面之間、表面與深層之間、表面與衛星地之間產生表面電位差，當這個電位差達到一定的量值后，將會以電暈、擊穿等發生放電，或者通過衛星結構、接地系統將放電電流耦合到衛星電子系統中，導致發生電路故障，威脅衛星安全。空間碎片撞擊太陽電池同樣會產生等離子體，同樣會造成機械損傷。當撞擊產生的等離子體密度較大時，在太陽電池自身電壓作用下，等離子體和電池之間形成一個較強的電場，將直接導致電池電壓下降，影響電池的輸出功率。同樣，等離子體放電可能會誘發衛星組件發生介質擊穿，對于太陽電池陣而言，可能出現作為太陽電池片和碳纖維蜂窩板之間絕緣介質的Kapton膜被擊穿的情況。激光驅動飛片方法是二十世紀八十年代末迅速發展起來的一種新型動高壓加載技術。激光驅動飛片方法的原理如圖1所示，在透明約束基底材料1上粘接或淀積一層金屬或非金屬薄膜2，制備成飛片靶，一束高強度脈沖激光3通過凸透鏡4匯聚，透過基底材料入射到薄膜表面，使薄膜內表面瞬間蒸發、氣化和電離，產生高溫高壓的等離子體5。等離子體產生的高壓沖擊波作用在入射區前面的薄膜上，將剩余薄膜剪切下來，并以高速驅動出去，形成超高速飛片6。激光驅動飛片是一項發射速度高且可以發射微小飛片的方法，可很好的應用于空間微小碎片的模擬，而且既可用于單次撞擊效應分析，同時也可以進行累積撞擊效應研究。國外已經將這一技術的發射速度提高到23km/s，國內的最高速度是中國空間技術研究院發射的13km/s。與其它技術相比，其特點是結構簡單、成本較低、容易與試驗容器接口、容易與其它環境因素一起組成綜合環境模擬設備、沒有化學污染和電磁干擾、便于試驗過程的參數測量和試驗結果的分析評價。然而，目前還沒有一套完整的激光驅動飛片誘發放電效應試驗的系統。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種激光驅動飛片誘發放電效應試驗系統及其試驗方法。

本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的。

激光驅動飛片誘發放電效應試驗系統，包括激光器系統、飛片靶速度測試系統和真空室系統，所述激光器系統包括激光器、第一分光鏡、第二分光鏡、接收第二分光鏡的折射激光的激光能量計、擴束鏡和聚焦透鏡；所述飛片靶速度測試系統包括用于接收第一分光鏡的折射激光的第一光電探頭、用于發出測束激光的第二光電探頭以及與第一光電探頭和第二光電探頭通信連接的數字示波器；所述真空室系統包括其前部下方的用于為航天器充電樣品充電的電子槍、其前部上方的撞擊過程攝像系統、其上部的撞擊成分實時分析系統和放電脈沖檢測系統、后部上方的真空抽氣系統、后部下方的溫度控制系統、以及腔室內的飛片靶和樣品臺，其特征在于飛片靶與樣品臺平行且中心線在同一直線上。

其中，飛片靶包括單膜結構和多膜結構，所述單膜結構將金屬薄膜直接與玻璃基底材料粘接在一起，而所述多膜結構還包括用于吸收激光的特定的燒蝕涂層和保護飛片材料的隔熱材料。