CN111924143B - 一种基于高能电子的空间碎片破除设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于高能电子的空间碎片破除设备，包括依次连接的电子收集罩、电离分离腔及离子加速体；所述电子收集罩为锥筒状；所述电离分离腔的主体为圆柱形的空心腔体，在腔体上依次设有工质入口和电子出口，在电子出口外面缠绕有电磁线圈；在腔体上位于电子出口外围设有负电极，用于连接电源负极；离子加速体内设加速通道，在离子加速体一侧设有与加速通道连通的离子入口，用于连接电离分离腔；加速通道由离子加速体顶面引出离子出口，在离子加速体底面设有高压正电极，用于连接电源正极，对进入加速通道内的离子进行排斥。该设备可利用空间中高能电子来电离工质，通过电极加速喷出打击碎片，从而分解大尺寸碎片，消除安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及空间环保技术领域，特别涉及一种基于高能电子的空间碎片破除设备。
背景技术
空间碎片，是指人类空间活动的产物。主要包括完成任务的火箭箭体和卫星本体、火箭的喷射物、在执行航天任务过程中的抛弃物，是空间环境的主要污染源。大尺寸的空间碎片会给卫星的运行带来威胁，需要采取措施进行处理，通常的处理方法是采用激光器照射的方案来熔融碎片。高能激光束属于电磁能量，其能量密度相对较低，效率不高，难以快速分解破除大尺寸空间碎片。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于高能电子的空间碎片破除设备，该设备可利用空间中高能电子来电离工质，通过电极加速喷出打击碎片，从而分解大尺寸碎片，消除安全隐患。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于高能电子的空间碎片破除设备，包括依次连接的电子收集罩、电离分离腔及离子加速体；
所述电子收集罩为锥筒状，用于收集太空中的高能电子；
所述电离分离腔的主体为圆柱形的空心腔体，在腔体上依次设有工质入口和电子出口，在电子出口外面缠绕有电磁线圈，用于连接电流源产生磁场；在腔体上位于电子出口外围设有负电极，用于连接电源负极，排斥由电子出口排出的电子；
所述离子加速体内设加速通道，在离子加速体一侧设有与加速通道连通的离子入口，用于连接电离分离腔；加速通道由离子加速体顶面引出离子出口，在离子加速体底面设有高压正电极，用于连接电源正极，对进入加速通道内的离子进行排斥，使离子加速由离子出口喷出。
作为进一步优选，所述电离分离腔连接在电子收集罩的小径一端。
作为进一步优选，所述负电极为半圆环形，其内腔面向离子加速体，用于将电子出口排出的电子排斥向离子出口。
作为进一步优选，所述电子出口的外端口为斜口，且面向离子加速体的离子出口上方。
作为进一步优选，在电离分离腔的腔体外缘对应电子出口的另一侧设有圆形凸台，并在凸台外面缠绕有辅助线圈，用于辅助电磁线圈优化磁场。
作为进一步优选，所述离子加速体外形为长方体，所述加速通道为一个矩形空腔。
作为进一步优选，所述电子收集罩、电离分离腔及离子加速体依次通过螺纹连接，以便于拆卸。
作为进一步优选，所述电子收集罩、电离分离腔及离子加速体均为绝缘材料制成。
作为进一步优选，所述离子加速体为陶瓷材料制成。
本发明的有益效果为：
1、由于该设备包括依次连接的电子收集罩、电离分离腔及离子加速体；通过电子收集罩能够收集太空中的高能电子，使高能电子进入电离分离腔并与通过工质入口进入的中性气体碰撞，使中性气体被电离成电子和离子；通过在电离分离腔的电子出口外面缠绕的电磁线圈连接电流源产生磁场，能够束缚碰撞产生的电子，使电子沿磁力线由电子出口排出；并通过设在电子出口外围的负电极，将由电子出口排出的电子排斥向离子加速体；通过设在离子加速体底面的高压正电极，连接电源正极能够对进入加速通道内的离子进行排斥，使离子加速由离子出口喷出，并与被负电极排斥的电子一起，形成高速等离子体流加速喷出。因此该设备可利用空间中高能电子来电离工质，通过电极加速喷出形成等离子体流打击空间碎片，从而分解大尺寸空间碎片，消除安全隐患。
2、结构简单，工作可靠、效率高，能够快速分解破除大尺寸空间碎片。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是电离分离腔的结构剖视图；
图3是图2的左视图；
图4是图2的俯视图；
图5是图1中离子加速体的左视图；
图6是图5的俯视图；
图7是本发明的工作原理图；
图中：电子收集罩1，电离分离腔2，腔体201，工质入口202，负电极203，电子出口204，电磁线圈205，辅助线圈206，离子加速体3，加速通道301，离子入口302，高压正电极303，离子出口304，电子4，中性气体5，离子6。
具体实施方式
如图1-图7所示，本发明涉及的一种基于高能电子的空间碎片破除设备，包括通过螺纹依次连接的电子收集罩1、电离分离腔2及离子加速体3；所述电子收集罩1、电离分离腔2及离子加速体3均为绝缘材料制成，其中所述离子加速体3优选为陶瓷材料制成。
所述电子收集罩1为锥筒状，用于收集太空中的高能电子；其小径一端设有内螺纹，用于连接电离分离腔2。
所述电离分离腔2的主体为圆柱形的空心腔体201并连接在电子收集罩1的小径一端，在腔体201上依次设有工质入口202和电子出口204，工质入口202和电子出口204分别沿腔体201径向布置并与腔体201内腔连通，且工质入口202靠近电子收集罩1一端用于引入中性气体；电子出口204靠近离子加速体3一端。在电子出口204外面螺旋缠绕有电磁线圈205，用于连接电流源产生磁场；在腔体201上位于电子出口204外围靠近工质入口202一侧固定有负电极203，用于连接电源负极，排斥由电子出口204排出的电子。
所述电子出口204的外端口为楔形斜口，且斜口面向离子加速体3的离子出口304上方。所述负电极203为半圆环形，其内腔面向离子加速体3，用于将电子出口204排出的电子排斥向离子加速体3的离子出口304。
在电离分离腔2的腔体201外缘对应电子出口204的另一侧设有与腔体201为一体的圆形凸台，凸台与电子出口204位于同一条轴线上，并在凸台外面螺旋缠绕有辅助线圈206，用于连接电流源产生与电磁线圈205的磁场方向相同的磁场，从而辅助电磁线圈205优化磁场。
所述离子加速体3外形为长方体，在离子加速体3内设加速通道301，加速通道为一个矩形空腔。在离子加速体3一侧设有与加速通道连通的离子入口302并设有内螺纹，用于连接电离分离腔2。加速通道由离子加速体3顶面引出离子出口304，在离子加速体3底面贴设有高压正电极303，用于连接电源正极，对进入加速通道内的离子进行排斥，使离子加速由离子出口304喷出。
将该设备安装到飞行器或者卫星上，通过飞行器或者卫星携带进入地外空间。将所述电磁线圈205和辅助线圈206分别连接电流源，产生方向相同且磁场强度为200高斯左右的磁场，该磁场方向由腔体201内部向电子出口204方向延伸。将高压正电极303和负电极203分别连接一个直流电压源的正极和负极。
工作时，由于在地外空间内存在大量的高能电子4，高能电子4通过电子收集罩1收集并进入电离分离腔2内，与从工质入口202进入的中性气体5（通常采用氙气、氪气等）碰撞，碰撞后中性气体5被电离成电子和离子6，电子在惯性的作用下继续运动，由于电子的质量较小，会受到地磁场的束缚，其运动轨迹相对固定，因此电子到达电子出口204位置会受到电磁线圈205和辅助线圈206产生的磁场束缚进入电子出口；少量电子会脱离磁场的束缚，进入高压正电极303。
由于离子6质量较大，其运动轨迹受磁场影响较小，因此可以跨越磁场，离子6在惯性的作用下进入离子加速体3的加速通道301内，进入后受高压正电极303的排斥作用而被加速，从离子出口304喷出。而受磁场束缚的电子沿磁力线运动在电子出口位置，由于磁场强度变弱，而同时受负电极203的排斥作用，将电子喷向离子出口304并与离子一起加速喷出，形成高速等离子体流，便可用来冲击大尺寸空间碎片。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于高能电子的空间碎片破除设备，其特征在于：包括依次连接的电子收集罩、电离分离腔及离子加速体；
所述电子收集罩为锥筒状，用于收集太空中的高能电子；
所述电离分离腔的主体为圆柱形的空心腔体，在腔体上依次设有工质入口和电子出口，在电子出口外面缠绕有电磁线圈，用于连接电流源产生磁场；在腔体上位于电子出口外围设有负电极，用于连接电源负极，排斥由电子出口排出的电子；
所述离子加速体内设加速通道，在离子加速体一侧设有与加速通道连通的离子入口，用于连接电离分离腔；加速通道由离子加速体顶面引出离子出口，在离子加速体底面设有高压正电极，用于连接电源正极，对进入加速通道内的离子进行排斥，使离子加速由离子出口喷出。
2.根据权利要求1所述的一种基于高能电子的空间碎片破除设备，其特征在于：所述电离分离腔连接在电子收集罩的小径一端。
3.根据权利要求1所述的一种基于高能电子的空间碎片破除设备，其特征在于：所述负电极为半圆环形，其内腔面向离子加速体，用于将电子出口排出的电子排斥向离子出口。
4.根据权利要求1或3所述的一种基于高能电子的空间碎片破除设备，其特征在于：所述电子出口的外端口为斜口，且面向离子加速体的离子出口上方。
5.根据权利要求4所述的一种基于高能电子的空间碎片破除设备，其特征在于：在电离分离腔的腔体外缘对应电子出口的另一侧设有圆形凸台，并在凸台外面缠绕有辅助线圈，用于辅助电磁线圈优化磁场。
6.根据权利要求1所述的一种基于高能电子的空间碎片破除设备，其特征在于：所述离子加速体外形为长方体，所述加速通道为一个矩形空腔。
7.根据权利要求1所述的一种基于高能电子的空间碎片破除设备，其特征在于：所述电子收集罩、电离分离腔及离子加速体依次通过螺纹连接，以便于拆卸。
8.根据权利要求1或7所述的一种基于高能电子的空间碎片破除设备，其特征在于：所述电子收集罩、电离分离腔及离子加速体均为绝缘材料制成。
9.根据权利要求8所述的一种基于高能电子的空间碎片破除设备，其特征在于：所述离子加速体为陶瓷材料制成。
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