CN105277817B - 一种卫星深层充电探测装置、系统及卫星 - Google Patents

一种卫星深层充电探测装置、系统及卫星 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种卫星深层充电探测装置、系统及卫星，包括：遮挡金属板、电荷收集板、绝缘环、探测装置外壳及继电器；其中所述遮挡金属板为片形结构，采用金属材料制成，安装在所述探测装置外壳上；所述电荷收集板为片形结构，采用金属材料制成，通过绝缘环安装在所述探测装置外壳上；所述电荷收集极通过导线与继电器相连，继电器受到控制电路控制；所述绝缘环为环状结构，安装在所述探测装置上，环形结构内表面有凹槽，凹槽尺寸与所述电荷收集板匹配；所述探测装置嵌入式安装在卫星表面，且所述探测装置的朝向太空方向没有遮挡。

Description

一种卫星深层充电探测装置、系统及卫星
技术领域
本发明涉及卫星防护领域，尤其涉及一种卫星深层充电探测装置、系统及卫星。
背景技术
卫星内部介质或不接地导体由于高能粒子作用，会形成类似地面静电带电的卫星深层充电，也即空间带电粒子在内部介质中累积，会造成介质内部电荷积累而形成内部不均与电场或者与周围的大电位差。当介质内部电场强度集中超过材料阈值或者与周围电压差超过阈值，便会造成卫星内部介质不同部分之间出现放电，即如地面的静电放电。静电放电会释放出来电流脉冲、电磁脉冲及热脉冲，电流脉冲和电磁脉冲都会直接或间接耦合进卫星电子学系统，干扰甚至伤害卫星安全。因此，需要在卫星上深层充电探测装置，用来探测卫星深层充电的危险程度，以便为卫星在轨管理和故障诊断提供依据。
目前，对于卫星深层充电的探测的方法也可以采取空间粒子能谱分析方法，也即利用半导体等传感器将空间粒子能谱进行精确测量，而后利用深层充电判据进行分析。这类方法，由于需要半导体等传感器，存在着设备仪器结构复杂和对卫星资源要求多的问题。
发明内容
本发明在于，为了克服上述问题，本发明提供一种卫星深层充电探测装置、系统及卫星。
为了实现上述目的，本发明提供了一种卫星深层充电探测装置，所述装置包含：金属遮挡板1、敞口的外壳4、电荷收集板2和继电器5；所述金属遮挡板1位于外壳4的敞口处；所述电荷收集板2位于外壳4的内部，且该电荷收集板2与外壳4的底面平行放置；所述电荷收集板2与外壳4绝缘；
所述继电器5位于外壳4上，且该继电器5与电荷收集板2通过导线相连。
可选的，上述外壳4为圆筒结构或者为方体结构。
可选的，当外壳4为圆筒结构时，所述电荷收集板2的直径小于外壳4的内径，且通过绝缘环3将电荷收集板2放置在外壳4内部。
可选，上述继电器5放置在外壳4侧面或底板的内壁上；或所述继电器5放置外壳4侧面或底板的外壁上。
可选的，上述金属遮挡板1采用铝合金材料，且厚度为0.5mm。
可选的，上述电荷收集板2采用铝合金材料，且厚度为5.5mm。
此外，本发明还提供一种探测系统，该探测系统基于上述记载的探测装置，所述探测系统包含：探测装置和控制单元；所述控制单元用于控制探测装置包含的继电器5的断开或导通；所述探测装置用于当继电器关闭时测量卫星内部的深层充电情况。
可选的，上述控制单元包含：控制电路，前置放大器、成形电路、主放大器、峰保电路和卫星接口电路；所述控制电路的输出端与探测装置包含的继电器5相连，继电器5的输出端与前置放大器的输入端相连，前置放大器的输出端与成形电路的输入端相连，成形电路的输出端与主放大器的输入端相连，主放大器的输出端与峰保电路的输入端相连，峰保电路的输出端与控制电路的输入端相连，控制电路的输入输出端与卫星接口电路相连实现双向通信。
最后本发明还提供了一种内部嵌入上述记载的探测装置的卫星，和一种内部嵌入上述记载的探测系统的卫星。
本发明利用遮挡金属遮挡板模拟卫星蒙皮的阻挡低能量空间粒子效果，再利用金属电极对穿透遮挡金属遮挡板的空间带电粒子进行电荷收集，结合遮挡金属遮挡板和电荷收集板厚度参数并利用电荷收集板所测量到的电流值，就可以给出卫星深层充电的危险程度，本方法特别适合用于中高轨道的卫星。
与现有技术相比，本发明的卫星深层充电探测装置优点在于：可以实现对卫星深层进行探测，同时避免对于卫星平台部分提出过多要求从而降低应用范围。本发明的卫星深层充电探测装置具有相对结构简单、原理清晰、安装要求低的特点。其可以安装在中高轨道的各类卫星上，用于探测卫星深层充电。
附图说明
图1为本发明的一种深层充电探测装置在卫星位置示意图。
图2为本发明的卫星深层充电探测装置结构示意图。
图3为根据本发明的一个实施例的绝缘环示意图。
图4为根据本发明的一个实施例的绝缘环的A-A向剖面示意图。
图5为根据本发明的一个实施例的探测装置的电气实现原理框图。
附图标记
1、金属遮挡板 2、电荷收集板 3、绝缘环 4、外壳 5、继电器
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明所述的卫星深层充电探测装置进行详细说明。
如图1和2所示，为解决用于卫星深层充电探测的空间粒子能谱测量方法的对卫星平台需求高的问题，本发明提供一种卫星深层充电探测装置，利用遮挡金属遮挡板模拟卫星蒙皮的阻挡低能量空间粒子效果，再利用金属电极对穿透遮挡金属遮挡板的空间带电粒子进行电荷收集，结合遮挡金属遮挡板和电荷收集板厚度参数并利用电荷收集板所测量到的电流值，就可以给出卫星深层充电的危险程度。
根据本发明的一个实施例的卫星深层充电探测装置包括：遮挡金属遮挡板1、电荷收集板2、绝缘环3、外壳(即探测装置外壳)4及继电器5；其中所述遮挡金属遮挡板1为片形结构，采用金属材料制成，安装在所述探测装置外壳4上；所述电荷收集板2为片形结构，采用金属材料制成，通过绝缘环3安装在所述探测装置外壳4上；所述电荷收集板2通过导线与继电器5相连，继电器受到控制电路控制；所述绝缘环2为卡槽结构，安装在所述探测装置上，结构内表面有凹槽，凹槽尺寸与所述电荷收集板2匹配。所述探测装置嵌入式安装在卫星表面，且所述探测装置的朝向太空方向没有遮挡。
根据本发明的一个实施例的卫星深层充电探测装置，其中，遮挡金属遮挡板1的厚度为0.5mm，厚度误差范围小于0.1mm。
根据本发明的一个实施例的卫星深层充电探测装置，其中，电荷收集板2的厚度为大于0.5mm，厚度误差范围小于0.1mm。
根据本发明的一个实施例的卫星深层充电探测装置，其中，电荷收集板2通过导线与继电器相连，其后连接峰值保持和放大线路。
根据本发明的一个实施例的卫星深层充电探测装置，其中，探测装置还包含卫星接口电路，用于与卫星总线进行数据通信。
在此实施例中，本发明的探测装置嵌入式安装在卫星表面，且所述探测装置的朝向太空方向没有遮挡。
在此实施例中，本发明的遮挡金属遮挡板1的厚度为0.5mm，采用铝合金材料，用于吸收能量小于350keV电子和能量小于8.7MeV的质子；并且厚度误差范围小于0.1mm，避免由于厚度误差大而造成分析结果误差过大。电荷收集板2的厚度为大于5.5mm，采用铝合金材料，用于吸收能量小于2.64MeV的电子和能量小于36.0MeV的质子所携带电荷；厚度误差范围小于0.1mm,尽量避免由于厚度误差而造成测量结果误差过大。
图3和4所示为根据本发明的一个实施案例的绝缘环结构图和剖面示意图，绝缘环结构用于隔离电荷收集板和圆筒，并同时固定电荷收集板。绝缘环的内表面结构为凹型用来固定电荷收集板，外表面为配合探测装置外壳的内表面结构和尺寸。
图5所示为根据本发明的一个实施例的探测装置的电气实现原理框图，其中虚线中的各个部件构成该探测装置。控制电路以一定的周期控制继电器的动作，继电器受到控制电路的控制周期性进行通断，在继电器导通的状态前置放大器收到电流脉冲信号进行转换放大，而后进行信号成形、再放大、峰值保持，而后信号被控制电路接收处理转发给卫星接口电路。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种卫星深层充电探测装置，其特征在于，所述装置包含：金属遮挡板(1)、敞口的外壳(4)、电荷收集板(2)和继电器(5)；
所述金属遮挡板(1)位于外壳(4)的敞口处；
所述电荷收集板(2)位于外壳(4)的内部，且该电荷收集板(2)与外壳(4)的底面平行放置；所述电荷收集板(2)与外壳(4)绝缘；
所述继电器(5)位于外壳(4)上，且该继电器(5)与电荷收集板(2)通过导线相连。
2.根据权利要求1所述的卫星深层充电探测装置，其特征在于，所述外壳(4)为圆筒结构或者为方体结构。
3.根据权利要求1或2所述的卫星深层充电探测装置，其特征在于，当外壳(4)为圆筒结构时，所述电荷收集板(2)的直径小于外壳(4)的内径，且通过绝缘环(3)将电荷收集板(2)放置在外壳(4)内部。
4.根据权利要求1所述的卫星深层充电探测装置，其特征在于，所述继电器(5)放置在外壳(4)侧面或底板的内壁上；或
所述继电器(5)放置在外壳(4)侧面或底板的外壁上。
5.根据权利要求1所述的卫星深层充电探测装置，其特征在于，所述金属遮挡板(1)采用铝合金材料，所述金属遮挡板的厚度为0.5mm且厚度误差范围小于0.1mm。
6.根据权利要求1所述的卫星深层充电探测装置，其特征在于，所述电荷收集板(2)采用铝合金材料，所述电荷收集板的厚度为5.5mm且厚度误差范围小于0.1mm。
7.一种探测系统，该探测系统基于权利要求1-4任意一个权利要求记载的探测装置，其特征在于，所述探测系统包含：探测装置和控制单元；
所述控制单元用于控制探测装置包含的继电器(5)的断开或导通；
所述探测装置用于当继电器关闭时测量卫星内部的深层充电情况。
8.根据权利要求7所述的探测系统，其特征在于，所述控制单元包含：控制电路，前置放大器、成形电路、主放大器、峰保电路和卫星接口电路；
所述控制电路的输出端与探测装置包含的继电器(5)相连，继电器(5)的输出端与前置放大器的输入端相连，前置放大器的输出端与成形电路的输入端相连，成形电路的输出端与主放大器的输入端相连，主放大器的输出端与峰保电路的输入端相连，峰保电路的输出端与控制电路的输入端相连，控制电路的输入输出端与卫星接口电路相连，实现双向通信。
9.一种内部嵌入权利要求1-6中任意一条权利要求记载的探测装置的卫星。
10.一种内部嵌入权利要求7-8中任意一条权利要求记载的探测系统的卫星。
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