CN103693215A - 一种可展开机构防护高能电子方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可展开机构防护高能电子方法，由充气展开薄膜、充气装置、固体粉末释放装置、温度维持装置及传感器系统来实现，利用充气展开薄膜和固体扩散粉末相结合，能够有效的防护空间高能粒子，具有物理结构简单，重量较轻、便于实现等优点。

Description

一种可展开机构防护高能电子方法
技术领域
本发明属于空间防护领域，适用于各种航天器高能电子防护特别是深空探测器的高能粒子防护，具体涉及一种可展开机构防护高能电子方法。
背景技术
航天器所处的空间存在大量的高能粒子（电子、质子等），它们是导致卫星出现故障和异常的主要原因之一。当高能粒子在航天器表面累积时将导致表面充电；当高能粒子穿过卫星表面，在卫星构件的电解质材料内部传输并沉积将导致内部介质充电。若充电产生的电场超过一定的击穿阈值时，就会发生放电，放电产生的电磁脉冲会干扰甚至破坏卫星内电子学系统的正常工作，严重时使整个卫星失效，特别是未来深空探测任务的实施，对高能粒子的辐射防护显得尤为重要。
目前国内外对高能带电粒子的防护包括主动防护和被动防护两种，主动防护方法包括电场防护、磁场防护等，电场防护存在耗电功率大等无法解决的问题，利用超导线材设计的磁场防护存在磁场构型设计困难、磁场强度小而无法屏蔽能量较高粒子（特别是质子）等问题，同时磁鞘支架的开合、重量等问题还需详细论证；被动防护，即提高元器件本身的抗辐射的能力以及在元器件表面覆盖抗辐射盖板，但是抗辐射盖板的厚度需要随着带电粒子能量的增加而增加，这将大大增加航天器的质量，同时，由于辐射粒子可以和防护层相互作用，产生二次电粒子，例如产生伽马射钱、质子等，反而增加总体辐射剂量，使航天器内部的带电粒子环境更为恶劣。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种可展开机构防护高能电子方法，本发明中利用充气展开薄膜和固体扩散粉末相结合，能够有效的防护空间高能粒子，具有物理结构简单，重量较轻、便于实现等优点。
一种可展开机构防护高能电子方法，由充气展开薄膜、充气装置、固体粉末释放装置、温度维持装置及传感器系统来实现，具体包括下列步骤：
步骤一、将充气装置、固体粉末释放装置、温度维持装置和传感器系统安装于航天器的支架上，将充气展开薄膜折叠并捆绑后安置于航天器的防护区域。
步骤二、待航天器发射入轨稳定后，将捆绑的充气展开薄膜释放。
步骤三、当充气展开薄膜释放完毕时，开启充气装置，将气体注入到充气展开薄膜中。
步骤四、当传感器系统监测到充气展开薄膜内的压力达到预设阈值时，充气完毕，关闭充气装置，同时，开启固体粉末释放装置。
步骤五、固体粉末释放装置将粉末按设定的流量注入到充气展开薄膜内，在太空环境下，粉末扩散并部分升华，待粉末扩散预先设定的时间后，关闭固体粉末释放装置。
步骤六、开启温度维持装置，持续给气体和扩散粉末供热，使气体和扩散粉末维持在预先设定温度范围内。
较佳的，充气展开薄膜为环形充气式膨胀薄膜结构，所用材料为聚酰亚胺，且表面涂有防护材料。
较佳的，注入展开薄膜的气体为氢气和氮气的混合气体，体积比为4:1。
较佳的，注入展开薄膜的固体粉末为二氧化硅或氮化硅或二者的混合。
较佳的，温度维持装置的电阻丝铺设在充气展开薄膜的内壁。
较佳的，固体粉末释放装置为囊式储箱结构。
有益效果：
（1）本发明中利用充气展开薄膜和固体扩散粉末相结合，实现高能粒子的防护功能，具有物理结构简单，重量较轻、便于实现等优点。
（2）本发明实施例充气展开薄膜为环形充气式膨胀薄膜结构，所用材料为聚酰亚胺，能满足空间环境条件的要求，且在收拢时材料的状态可折叠，满足包装要求，同时，该充气展开薄膜具有自钢化能力，展开后应能够硬化，进而提高结构的刚度，且表面涂有防护材料，能够承受高能带电粒子的撞击，减少高能粒子在航天器表面结构和内部电路中的沉积产生的静电充放电效应，为高能粒子的防护提供基础。
（3）本发明实施例充气装置将气体注入到充气展开薄膜中，选用的气体为氢气和氮气混合气体，该混合气体体积比为4:1，该混合性质稳定性好，且的重量较轻，能够降低整个功能结构的重量。
（4）本发明实施例将固体粉末注入到充气展开薄膜中，选用的固体粉末为二氧化硅或氮化硅或二者的混合，该固体粉末具有抗高能粒子特别是抗高能电子的作用。
（5）本发明实施例将温度维持装置的电阻丝铺设在充气展开薄膜的内壁，能够更好的维持气体和扩散粉末的温度，进而保证高能粒子的防护性能的稳定。
（6）本发明实施例中固体粉末释放装置4为囊式储箱结构，能够自动收缩将固体粉末压出，无需再用加压装置，简化了高能粒子的防护操作，进一步为高能粒子的防护提供基础。
附图说明
图1为可展开机构防护高能电子结构示意图：
其中，1-充气展开薄膜，2-航天器，3-充气装置，4-固体粉末释放装置，5-温度维持装置，6-传感器系统，7-扩散粉末；
图2为可展开机构对航天器防护功能示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种可展开机构防护高能电子方法，该方法由充气展开薄膜1、充气装置3、固体粉末释放装置4、温度维持装置5及传感器系统6来实现，充气展开薄膜1有一个传输通道和一个微小开口，充气装置3和固体粉末释放装置4分别通过该传输通道与充气展开薄膜1连接，温度维持装置5由电阻丝和温控电路构成，电阻丝通过微小开口伸入充气展开薄膜1内部并铺设在充气展开薄膜1的内壁，传感器系统6的压力和浓度传感头通过微小开口放置在充气展开薄膜1内部。如图1所示，该方案具体包括下列步骤：
步骤一、将充气装置3、固体粉末释放装置4、温度维持装置5和传感器系统6安装于航天器的支架上，将充气展开薄膜1折叠并捆绑后安置于航天器的防护区域，利用所述传感器系统6对充气展开薄膜1进行监控。
本发明实施例充气展开薄膜1为环形充气式膨胀薄膜结构，所用材料为聚酰亚胺，能满足空间环境条件的要求，且在收拢时材料的状态可折叠，满足包装要求，同时，该充气展开薄膜具有自钢化能力，展开后应能够硬化，进而提高结构的刚度，且表面涂有防护材料，能够承受高能带电粒子的撞击，减少高能粒子在航天器表面结构和内部电路中的沉积产生的静电充放电效应；固体粉末释放装置4为囊式储箱结构，能够自动收缩将固体粉末压出，无需再用加压装置，简化了高能粒子的防护操作，为高能粒子的防护提供基础。
步骤二、待航天器发射入轨稳定后，将捆绑的充气展开薄膜1释放。
本实施例的充电展开薄膜1为环形结构展开后的结构近似游泳圈，对充电展开薄膜1对应的航天器部分进行空间高能电子防护。在实际的使用中可以根据具体的防护区域对充电展开薄膜1的位置进行调节。
步骤三、当充气展开薄膜1释放完毕时，开启充气装置3，将气体注入到充气展开薄膜1中。
本实施例选用气体为氢气和氮气的混合气体，体积比为4:1，该混合性质稳定性好，且重量较轻，能够降低整个功能结构的重量。
步骤四、当传感器系统6监测到充气展开薄膜1内的压力达到预设阈值时，充气完毕，关闭充气装置3，同时，开启固体粉末释放装置4。
步骤五、固体粉末释放装置4将粉末按设定的流量注入到充气展开薄膜1内，在太空环境下，粉末扩散并部分升华，待粉末扩散预先设定的时间后，关闭固体粉末释放装置4。
本发明实施例选用的固体粉末为二氧化硅或氮化硅或二者的混合，该固体粉末具有抗高能粒子的作用，特别是具有抗高能电子的作用。
步骤六、开启温度维持装置6，持续给气体和扩散粉末供热，使气体和扩散粉末维持在预先设定温度范围内。
本发明实施例将温度维持装置5的电阻丝铺设在充气展开薄膜1的内部。能够更好的维持气体和扩散粉末的温度，进而保证高能粒子的防护性能的稳定。
该方法对于高能粒子的防护过程中存在3种作用：如图2所示。
1）原子氧和表面防护材料作用生成水和氢氧根离子，从而减少了高能粒子对航天器的腐蚀作用。
2）紫外线与固体扩散粉末作用转化成热辐射，从而减少了光电效应对航天器的辐射。
3）高能粒子（电子）和固体扩散粉末作用，粒子被反射回空间，从而有效的屏蔽了高能粒子（电子）。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可展开机构防护高能电子方法，其特征在于，由充气展开薄膜（1）、充气装置（3）、固体粉末释放装置（4）、温度维持装置（5）及传感器系统（6）来实现，具体包括下列步骤：
步骤一、将充气装置（3）、固体粉末释放装置（4）、温度维持装置（5）和传感器系统（6）安装于航天器的支架上，将充气展开薄膜（1）折叠并捆绑后安置于航天器的防护区域；利用所述传感器系统（6）对充气展开薄膜（1）进行监控；
步骤二、待航天器发射入轨稳定后，将捆绑的充气展开薄膜（1）释放；
步骤三、当充气展开薄膜释放完毕时，开启充气装置（3），将气体注入到充气展开薄膜（1）中；
步骤四、当传感器系统（6）监测到充气展开薄膜（1）内的压力达到预设阈值时，充气完毕，关闭充气装置（3），同时，开启固体粉末释放装置4；
步骤五、固体粉末释放装置（4）将粉末按设定的流量注入到充气展开薄膜（1）内，在太空环境下，粉末扩散并部分升华，待粉末扩散预先设定的时间后，关闭固体粉末释放装置（4）；
步骤六、开启温度维持装置（5），持续给气体和扩散粉末供热，使气体和扩散粉末维持在预先设定温度范围内。
2.如权利要求1所述的一种可展开机构防护高能电子方法，其特征在于，所述的充气展开薄膜（1）为环形充气式膨胀薄膜结构，所用材料为聚酰亚胺，且表面涂有防护材料。
3.如权利要求1所述的一种可展开机构防护高能电子方法，其特征在于，所述的气体为氢气和氮气的混合气体，体积比为4:1。
4.如权利要求1所述的一种可展开机构防护高能电子方法，其特征在于，所述的固体粉末为二氧化硅或氮化硅或二者的混合。
5.如权利要求1所述的一种可展开机构防护高能电子方法，其特征在于，所述的温度维持装置（6）的电阻丝铺设在充气展开薄膜的内壁。
6.如权利要求1所述的一种可展开机构防护高能电子方法，其特征在于，所述的固体粉末释放装置（4）为囊式储箱结构。
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