[實用新型]高真空環境下介質材料表面電位主動控制系統

有效

• 申請號: 201721628977.3
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN208317091U
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 原青云;張希軍;陳龍威;孫永衛;代銀松;任兆杏
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學
• 主分類號: H05H1/46
• 分類號: H05H1/46;B64G1/52
• 代理公司: 北京華仲龍騰專利代理事務所(普通合伙) 11548
• 代理人: 李靜

本實用新型公開了一種高真空環境下介質材料表面電位主動控制系統，包括等離子體源體、微波系統和供氣系統，微波系統包括微波電源系統和微波傳輸系統，微波電源系統通過微波傳輸系統將微波傳輸至等離子體源體的等離子體室內，供氣系統包括氣體儲存系統和氣體控制系統，等離子體源體產生的等離子體導入真空度為10^?4Pa以下的真空室內，并通過微波同軸天線在等離子體室內擊穿工作氣體，形成等離子體，位于等離子體室內的環形永磁鋼用于產生磁場，且在磁場強度為0.0875特斯拉處形成高密度的電子回旋共振等離子體，所形成的等離子體包含電子和離子通過等離子體調節板擴散至待處理工件環境，實現介質表面電荷的主動調節。

技術領域

本實用新型屬于等離子體與材料相作用科學研究領域，具體涉及一種高真空環境下介質材料表面電位主動控制系統。

背景技術

航天器在軌運行期間，其表面受空間等離子體、高能電子、太陽輻射、空間帶電塵埃等環境的影響，可能發生靜電荷積累和泄漏的現象。這種充放電過程可能造成航天器材料的擊穿、材料表面性能下降，使太陽電池、電子器件和光學敏感器性能下降或出現損傷；同時這種充放電過程產生的強電磁脈沖會嚴重干擾航天器內部儀器系統，產生異常、故障、失靈甚至導致航天器報廢等，將嚴重影響重大空間任務的執行。因此，對航天器表面電位進行有效控制對于保障我國航天器在軌安全穩定運行具有非常重要的意義。

空間的惡劣環境復雜多變(如超低溫、極低真空、高能電子離子輻照等)，常規可用的地面除靜電的方式(如加濕空氣、電暈放電等)將無法使用。目前存在的介質表面電位控制方法主要分被動式控制和主動式控制兩種，相比較前者主動式控制更為靈活有效和徹底。通常發射的荷電粒子束流主要有三種：電子束、離子束和等離子體束，其中電子束和離子束均為單一電性的粒子流。國際空間站(ISS)使用發射電子的空心陰極組件，通過其發射的電子束流為空間站與空間等離子體環境之間提供一種低阻抗通路，降低并控制空間站表面電位，這種空心等離子體源電子發射能力強，但離子較少，功耗較大，中和不徹底。歐空局提出了一種離子源主動控制方法，使用液態金屬蒸發、離化并被加速極的電壓加速噴出形成離子束，但這種離子源的結構較為復雜，且只能中和負電位，不能中和正電位，同時會帶來不利的材料污染等。因為空間環境的惡劣多變以及飛行器位置時常發生變化，飛行器表面介質材料的電位幅值與極性可能隨時間發生變化，如果飛行器表面向陽，且空間等離子體密度和能量很低時，飛行器表面可能帶較低的正電位；而如果飛行器表面背陽，且空間等離子體的密度和能量高時，衛星表面可能帶很高的負電位。因此使用低能的等離子體束將比電子束和離子束的電位主動控制方式更加的有效，將可以對介質表面的電位進行有效調控。俄羅斯和平號空間站使用一種脈沖等離子體源實現空間中介質表面電荷，具有結構簡單、中和效率高、工作穩定等特點，但該脈沖等離子體源通過高溫電弧燒蝕工質表面材料分解并離化產生等離子體，能耗高且消耗固材。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種高真空環境下介質材料表面電位主動控制系統，在10^-4Pa以下的高真空環境下，將2.45GHz微波以TEM模式通過同軸波導饋入到位于真空室內的等離子體源體，并通過微波同軸天線在等離子體室內擊穿工作氣體，形成等離子體，位于等離子體室內的環形永磁鋼用于產生磁場，且在磁場強度為0.0875 特斯拉處發生電子回旋共振使電子加速，從而使氣體電離，形成高密度的電子回旋共振等離子體，所形成的等離子體包含電子和離子通過等離子體調節板擴散至待處理工件環境，實現介質表面電荷的主動調節。