[發明專利]一種原位測量軌道中性氣體粒子速度的探測器及探測方法

在審

• 申請號: 202011202875.1
• 申請日: 2020-11-02
• 公開（公告）號: CN112526585A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 李永平;李佳;王馨悅;王玉潔;鄭曉亮
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家空間科學中心
• 主分類號: G01T5/00
• 分類號: G01T5/00;G01T5/02
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;楊青

本發明屬于航天探測設備技術領域，具體地說，涉及一種原位測量軌道中性氣體粒子速度的探測器，其包括彼此連接的傳感器和信號處理電路；所述傳感器，用于對軌道中性氣體粒子進行無速度損失電離，獲取不同調制電壓下所通過的離子數量；所述信號處理電路，用于對當前調制電壓下的離子信號進行電壓放大，獲得對應的多個電壓信號，并基于得到的多個電壓信號進行制圖，得到當前調制電壓下的離子的調制能量圖，從而獲得離子速度，進而得到軌道中性氣體粒子速度。

技術領域

本發明屬于航天探測設備的技術領域，具體地說，涉及一種原位測量軌道中性氣體粒子速度的探測器及探測方法。

背景技術

地球熱層大氣是空間環境的重要組成部分，受太陽活動、地磁擾動、經度緯度高度等因素影響，熱層大氣變化十分劇烈，國內外均正在開展相關探測。軌道空間中的中性氣體粒子要素對于磁層和熱層、電離層和熱層耦合機制研究有重要意義，而中性氣體粒子速度是其重要參數，對于帶電粒子的復合、中性氣體的電離幾率及其分布有著重要影響。

火箭測量中性氣體粒子速度的方法是從測風艙內彈出示綜物，由地面雷達跟蹤示綜物，測得中性氣體粒子速度；但是其測量持續時間短，空間分布小，不能測量熱層氣體速度。

非相干散射雷達只能測量穩態大氣條件下的中性風速，夜間誤差可達數十米/秒，非相干散射雷達技術難度大，只能定點測量。

多普勒頻移方法可直接測量粒子速度，從多個方向進行測量可以得到中性粒子速度，但是，測量局限于晴朗、沒有月光的夜晚，觀測時間受限制。

用于測量軌道中性氣體粒子速度的航天器載探測器，可長時間在軌道上運行進行探測，獲取全球中性氣體粒子速度的時空分布。

因此發明了一種用于測量軌道中性氣體粒子速度的探測器，軌道中性氣體粒子速度探測器由傳感器、電子線路組成。傳感器由開源離子源、能量分析器和檢測器組成，開源離子源用于無速度損失電離中性氣體粒子，而能量分析器用于測量電離后離子的動能，檢測器用于檢測經能量分析器后的離子。傳感器配合相應的電路后，得出在檢測器上的動能調制圖，通過該調制圖得出軌道中性氣體粒子速度。

發明內容

為解決現有技術存在的上述缺陷，本發明提出了一種原位測量軌道中性氣體粒子速度的探測器，可開展全球熱層中性氣體粒子速度測量，測量周期長(數年)，時空分辨率高，可獲得全球中性粒子速度的時空分布變化，用于研究全球熱層大氣變化。

所述用于原位測量軌道中性氣體粒子速度的探測器包括彼此連接的傳感器和信號處理電路；

所述傳感器，用于對軌道中性氣體粒子進行無速度損失電離，獲取不同調制電壓下所通過的離子數量；

所述信號處理電路，用于將當前調制電壓下的離子信號進行電壓放大，獲得對應的多個電壓信號，并基于得到的多個電壓信號進行制圖，得到當前調制電壓下的離子的調制能量圖，從而獲得離子速度，進而得到軌道中性氣體粒子速度。

作為上述技術方案的改進之一，所述傳感器包括：開源離子源、能量分析器和檢測器；

所述開源離子源，用于采用垂直入射式電子轟擊，對軌道中性氣體粒子進行無速度損失電離，同時，通過對開源離子源設置電場，將電離后的離子沿著原有的運動軌跡輸入能量分析器；

所述能量分析器，用于根據測得的電離后離子的動能，施加對應能段的調制電壓，將高于該能段的調制電壓的離子發射至檢測器；

所述檢測器，用于檢測經能量分析器射出的離子，獲得不同調制電壓下所通過的離子數量。

作為上述技術方案的改進之一，所述信號處理電路包括：調制電壓發生器、電極電壓產生器、離子源控制電路、微弱信號放大器、圖像處理器和電源電路；