[發(fā)明專利]一種電推進(jìn)羽流試驗(yàn)評(píng)估方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711384983.3
• 申請(qǐng)日: 2017-12-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108387260B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 溫正;王敏;林驍雄;王玨;李烽;魏鑫;仲小清;彭維峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)空間技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G01D21/02
• 分類號(hào): G01D21/02
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

1.一種電推進(jìn)羽流試驗(yàn)評(píng)估方法，其特征在于，包括：

步驟1，對(duì)主束流羽流區(qū)域和返流羽流區(qū)域的離子束流密度、電子濃度和空間等離子電勢(shì)進(jìn)行測(cè)量，得到羽流對(duì)衛(wèi)星太陽(yáng)翼的力效應(yīng)和熱輻射效應(yīng)評(píng)估結(jié)果；包括：

根據(jù)公式(1.1)，計(jì)算得到電子溫度T_e：

其中，e表示電子的電荷量，V表示探針電位，V_sp表示空間等離子電勢(shì)，I表示探針電流，I_e0表示空間電位對(duì)應(yīng)的采集電流；

根據(jù)公式(1.2)，計(jì)算得到電子濃度n_e：

其中，A表示探針表面積，k表示波爾茲曼常數(shù)；

根據(jù)公式(1.3)，計(jì)算得到粒子速度v_i：

其中，j表示離子束流密度，n_i表示粒子數(shù)密度；

根據(jù)公式(1.4)，計(jì)算得到粒子在邊界面積S上的單位時(shí)間能量通量

其中，V表示目標(biāo)表面的體積，ε_i表示單個(gè)粒子能量，表示垂直于邊界面S的法向速度，m_i表示第i種粒子的質(zhì)量；

根據(jù)公式(1.5)，計(jì)算得到單一粒子的能量流量密度

根據(jù)公式(1.6)，計(jì)算得到全部粒子的總能量流量密度：

其中，N表示實(shí)際粒子總數(shù)，n表示網(wǎng)格粒子數(shù)；

根據(jù)公式(1.7)，計(jì)算得到力效應(yīng)F：

其中，m表示粒子質(zhì)量；

步驟2，對(duì)太陽(yáng)電池陣表面不同材料在羽流等離子體環(huán)境中的充電電壓和泄露電流，以及太陽(yáng)電池陣在羽流等離子體環(huán)境中的表面電位進(jìn)行測(cè)量，得到羽流對(duì)衛(wèi)星太陽(yáng)翼及星本體表面的充放電效應(yīng)評(píng)估結(jié)果；包括：

將模擬太陽(yáng)電池試件安裝在設(shè)定的羽流試驗(yàn)區(qū)域；

對(duì)模擬太陽(yáng)電池試件進(jìn)行試驗(yàn)前的電性能測(cè)試，記錄測(cè)試結(jié)果；

將非接觸式表面電位計(jì)探頭與模擬太陽(yáng)電池試件的表面材料相連接，并通過(guò)線纜穿艙至真空艙外部與采集設(shè)備相連；其中，非接觸式表面電位計(jì)探頭，用于對(duì)模擬太陽(yáng)電池試件的表面電位進(jìn)行測(cè)試；

抽真空使真空度優(yōu)于5.0×10^-3Pa，電推進(jìn)工作并形成穩(wěn)定的羽流等離子體環(huán)境；

將模擬電源設(shè)定在恒壓狀態(tài)，限制電流設(shè)定為4.0A；打開(kāi)非接觸式表面電位計(jì)，監(jiān)測(cè)試驗(yàn)樣品表面電位，并實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)和曲線；

調(diào)節(jié)模擬電源的串間工作電壓，并通過(guò)電流表監(jiān)測(cè)回路內(nèi)電流，實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)和曲線；其中，串間工作電壓的初始調(diào)節(jié)電壓為50V、最大調(diào)節(jié)電壓為200V，調(diào)節(jié)策略為每隔10min串間工作電壓增加10V；

重復(fù)兩次測(cè)量后，關(guān)閉非接觸式表面電位計(jì)，關(guān)閉模擬電源，電推進(jìn)停止工作；

對(duì)模擬太陽(yáng)電池試件輸出電流和電位計(jì)電壓的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行判讀；其中，若測(cè)量結(jié)果未超出恒定狀態(tài)值1％的電流波動(dòng)，則確定未發(fā)生電流泄漏現(xiàn)象；

在試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)模擬太陽(yáng)電池試件進(jìn)行電性能復(fù)測(cè)，并與試驗(yàn)前的電性能測(cè)試結(jié)果對(duì)比，若輸出電流性能下降幅度超過(guò)1％，則確定等離子羽流對(duì)太陽(yáng)電池試件性能存在影響；

步驟3，對(duì)衛(wèi)星太陽(yáng)翼及星本體表面敏感設(shè)備測(cè)試樣品的等離子羽流污染量進(jìn)行測(cè)量，得到羽流對(duì)衛(wèi)星太陽(yáng)翼及星本體表面敏感設(shè)備的沉積污染效應(yīng)評(píng)估結(jié)果；包括：

根據(jù)公式(2.1)，計(jì)算得到石英晶體微量天平的諧振頻率變化Δf：

其中，f₀表示石英晶體微量天平的基頻，表示石英壓電強(qiáng)化剪切模量，ρ_q表示石英密度，A表示探頭電極面積，Δm表示污染質(zhì)量刻蝕的質(zhì)量，S_f表示表示傳感器的靈敏度；

根據(jù)石英晶體微量天平的諧振頻率變化，確定石英晶體微量天平上的物質(zhì)的污染質(zhì)量，以及能量離子刻蝕表面損失的質(zhì)量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電推進(jìn)羽流試驗(yàn)評(píng)估方法，其特征在于，還包括：

通過(guò)法拉第診斷探針，測(cè)量得到主束流羽流區(qū)域和返流羽流區(qū)域的離子束流密度；

通過(guò)朗繆爾診斷探針，測(cè)量得到主束流羽流區(qū)域和返流羽流區(qū)域的空間等離子電勢(shì)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電推進(jìn)羽流試驗(yàn)評(píng)估方法，其特征在于，還包括：

在推力器后端布置測(cè)試樣品以及石英晶體微量天平；其中，測(cè)試樣品，包括：太陽(yáng)電池玻璃蓋片試件、光學(xué)太陽(yáng)反射鏡片試件和太陽(yáng)翼銀互聯(lián)片；

在推力器上側(cè)側(cè)板和下側(cè)側(cè)板上布置測(cè)試樣品以及石英晶體微量天平，其中，石英晶體微量天平的收集面法線保持與推力器軸向和出口面交叉點(diǎn)重合，測(cè)點(diǎn)布置角度在推力器主束流區(qū)外依次按先密后疏的方式布置，測(cè)點(diǎn)到推力器出口面的距離不低于1.2m，推力器軸向?yàn)榱愣龋瑴y(cè)量角度不低于110°；

在推力器遠(yuǎn)端應(yīng)布置防濺射分子沉，其中，防濺射分子沉，用于吸收高能粒子，防止高速粒子沖刷真空艙底部濺射出粒子污染測(cè)試對(duì)象；

在英晶體微量天平外表面應(yīng)包覆防護(hù)套，以防止真空艙本體污染對(duì)測(cè)試誤差的影響。