DE1473911A1 - Verfahren und Vorrichtung fuer ein Raumfahrzeug mit einer Farnsworthroehre und einemElektronenvervielfacher - Google Patents

Description

Verfahren und Vorrichtung für ein Raumfahrzeug mit einer Farnbworthröhre und einem Elektronenvervielfacher

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, demgemäß ein Raumfahrzeug seine Lage nach einer Lichtquelle steuern kann. Sie betrifft außerdem eine Elektronenröhre neuer Bauart, mit der das Verfahren durchgeführt werden kann. Ist ein Raumfahrzeug mit ihr ausgerüstet, so kann es sich mit ihr an Hand einer Lichtquelle , wie zum Beispiel einem Stern oder einem Planeten zurechtfinden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man die Lage eines Raumfahrzeuges mit Hilfe einer Lichtquelle steuern, wobei man folgendermaßen verfährt ι

Man bildet die Lichtquelle auf einer Fotokathode ab, tastet die Fotokathode periodisch ab und lenkt gleichzeitig die Elektronen ab, die gegebenenfalls aus der periodisch abgetasteten Oberfläche der Fotokathode austreten· Dieses Austreten erfolgt auf jedes Bild hin, das auf der Oberfläche entsteht. Man zwingt dann die entstehende Elektronenwolke eine Lage einzunehmen, die ähnlich derjenigen ist, wie wenn sie aus einem mittleren Bereich der Fotokathode kommen würde· Man mischt dann auf da« auf die filektronenwoLke zurückgehende Ausgangesignal mit dem

signal entsteht, das ein Maß für die winkelmassige Stellung

entsprechenden Kursabweiehungssignal, so daß ein Differenz- <

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des Raumfahrzeuges im Hinblick auf die Lichtquelle ist·

Vorteilhefterweiee erhält man das Kursabweichun^ssi&nal mit Hilfe von elektromagnetischen Vorrichtungen.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Farnsworthröhre, die dazu bestimmt ist in dem optischen Nachführungssystem nach dem oben erwähnten Verfahren verwendet zu werden. Sie umfaßt einen Vakuumkolben, der eine durchsichtige Wand hat, und in dem längs einer Achse eine haIbtransparente Fotokathode angeordnet ist, die koaxial zu dieser Achse liegt und die innere Oberflächen der durchsichtigen and bedeckt. Außerdem ist eine Ausblendelektrode vorgesehen, die eine Mittelöffnung aufweist und alle Elektronen durchläßt, die vom Mittelbereich der Fotokathode kommen, überdies ist eine elektrostatische Linse vorgesehen, die eine Abbildung des mittleren Bereiches der Fotokathode in die Ebene, der Ausblendelektrode wirft, sowie eine Sammelelektrode und eine Abtastvorrichtung, mit deren Hilfe die Elektronenstrahlen, die aus den Randbereichen der Fotokathode austreten, gegen diese Mittelöffnung abgelenkt werden können.

Gemäß einem wesentlichen Merkmal umfaßt die Bildaufnahmeröhre einen Elektronenvervielfacherkanal, wie er in dem französischen Patent 1 295 026 beschrieben ist.

G«aäB einem weiteren Merkmal der Erfindung ist dieser ülektronenvervielfacherkanal leicht gekrümmt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfol-

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genden Beschreibung, in der ein Ausführun^sbeispiel beschrieben wird. In der Zeichnung bedeuten:
Fig. 1 einen ebenen Längsschnitt durch eine Bildaufnahmeröhre und einen Elektronenvervielfacher,

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 in Figur 1« In Fi^ur 1 ist ein Kolben 1 gezeigt, der luftleer und an seinen Enden 3 und 5 durch Wände verschlossen ist, die sich quer cur Längeachse 7 des Kolbens 1 erstrecken· Die Endwand 5 ist durchsichtig., und so geschliffen, daß sie optische Eigenschaften hat. dine Fotokathode 9 ist in Fora einer üesciiichtung der inneren Oberfläche der Endwand 3 hergestellt worden. Die Fotokathode 9 besteht aus einem feinen Niederschlag eines Stoffes mit fotoelektrischen Eigenschaften, wie jbujb Beispiel eine Mischung von Antimon und Ca*ium. Ein Lichtstrahl, der auf die Fotokathode 9 fällt, verursacht auf der inneren Oberfläche eine Elektronenemission. Hierdurch wird ein Elektronenbild an allen denjenigen Stellen erzeugt, die dem Lichtbild entsprechen, das auf die äußere Oberfläche der Fotokathode durch die Lichtstrahlen geworfen worden ist.

Sine elektrostatische Linse umfaßt eine Ringkathode 11, die aus einer dünnen metallischen Schicht gebildet ist, welche auf der Innenwand des Kolbens 1 niedergeschlagen worden ist. Sein Randbereich grenzt an die Fotokathode 9 und ist elektrisch mit dieser verbunden. Es besteht elektrischer Kontakt mit der Ringkathode 11, und mit ihrer Hilfe auch mit der Fotokathode 9 über eine Leitung 12, die die "/and des Kolbens 1 mit Hilfe einer Durchführung durchquert. Die Rin^kathode 11 ist mit der Leitung 12 mit Hilf ν eines me t^l Life neu Lappens 1^ veroun^eii, ;er aiit der

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Ringkathode 11 einstückig zusammenhängt und in der Art dner Feder gegen die Leitung 12 drängt·

Die Elektronenoptik umfaßt darüber hinaus eine Kingannode die eich koaxial über eine kurze Distanz im Inneren der Hingkathode 11 erstreckt* Sie Ringannode 14 ist über eine Ausblendelektrode 20, einem metallischen Lappen 18 und einem Leiter 16 elektrisch angeschlossen. Der metallische Lappen 13 ist fest mit der Ausblendelektrode 20 verbunden. Letztere steht mit der Ringannode 14 an ihren Rändern in Verbindung und trägt eine Mittelöffnuna durch die ein Elektronenbündel, das aus dem mittleren Bereich der Fotokathode 9 stammt, hindurchtreten kenn. Rippen 1b sorgen für eine starre Befestigung der Rin_Lannode 14 an der Ausblendelektrode 20, die ihrerseits stoffschlüssig mit den Inneren des Kolbens 1 verbunden ist. Ein Konus 22 ist starr im Inneren der Hingannode an dem der Ausblendelektrode 20 entfernten Ende befestigt« Dieser Konus weist an seiner Spitze eine Öffnung, aus, die konzentrisch und ausgerichtet in Bezug auf die Mittelöffnung 21 ist. Sie hat aber einen größeren

<o Durchmesser als diese. Zwischen der Rin_L,kethode 11 und der oo

° Ringannode 14 liegt eine Spannung von etwa 150 Volt, durch die

^Z ein konvergierendes Fokusslerfeld für die jülektronenstrahlen

cn entsteht. Man kann dadurch ein Elektronenoild großen AuflösunLS-

» Vermögens des mittleren Bereichs der Fotokathode in die Ebene der Aueblendelektrode 20 wexian. Auf dieAbmessungen und auf die Anordnung der Ringkathode 11 und der Ringannode 14 muß geachtet werden. Sie müssen experimentell bestimmt werden, damit man die erstrebten Ziele erreichen kenn.

Ablenkspulen 23 und 2⁴¹ werden von einem /blenlq enerator 2^Lj> und

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Ablenkspul«η 27 und 29 werden von einem Ablenkgenerator 31 angesteuert, die ait dem Kolben 1 verbunden sind. Die Ablenkspulen 23 und 24 einerseits und die Ablenkspulen 27 und 29 andererseits erzeugen magnetische Felder, mit denen die Ablenkung der Elektronenstrahlen gesteuert werden kann, die aus der Fotokathode 9 austreten, wobei diese Felder längs der X-X und Y-Y Achsen gemäß Figur 2 liegen. Die von den Ablenkspulen 23» 24, 27 und 29 erzeugten Felder lenken damit die von der Fotokathode f erzeugten Elektronenstrahlen so ab, daß sie nacheinander die Strahlen auf die Mittelöffnung 21 richten, die möglicherweise durch die verschiedenen Elementaroberflächen der Fotokathode entstanden sind. Ihre Oberfläche wird periodisch und vollständig abgetastet. Indem man durch die Mittelöffnung 21 nur Elektronen durchschickt, die einer Klementaroberflache der Fotokathode entsprechen, verringert man wesentlich das Grundrauschen, und man erhält ein Nutzsignal, das über dem Rauschpegel liegt und wesentlich bessere Eigenschaften aufweist·

Die Elektronen, die durch die Mittelöffnung 21 durchtreten, stellen ein relativ schwaches Signal dar. Daher wird eine Elektronenvervielfacherröhre 32 verwendet um dieses Signal zu verstärken. Der Elektronenvervielfacher 32 kann von der Gestalt sein, wie im französischen Patent 1 295 026 beschrieben. Pia Innenwand 5'j des Elektronenvervielfacher 32 besitzt Widerstandseigenschaften und die Eigenschaften dar Sekundäremission. Elektrische Kontakte sind mit der Innenwand 33 verbunden und bedecken die Stirnflächen der Elektronenvervielfacherröhre 32 mit einem elektrisch leitenden Anstrich, mit dam wiederum dia Leiter 16 und 35 Jeweils verbunden aind. Wenn man an die Ifeden

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der Elektronenvervielfacherröhre 32 eine Spannungsdifferenz ▼on etwa 1000 bis 2000 Volt legt, so fließt in der Widerstand8-schicht ein Strom, der ein elektrisches Axialfeld im Innenraum des Elektronenvervielfachers 52 erzeugt· Elektronen, die eine genügende Energie haben und die durch die Mittelöffnung 21 durch- und in den Elektronenvervielfacher 32 fliegen, werden durch Sekundäremission vervielfacht, ehe sie ihn verlassen. Er ist leicht gekrümmt, so daß kein Elektron in ihm eine geradlinig· Flugbahn einnehmen kann, ohne auf die Innenwand 33 zu stossen und damit eine Sekundäremission zu verursachen· Indem man den Durchmesser des Elektronenvervielfacher geeignet wählt, wird jedem Elektron ein genügender Energiebetrag mitgeteilt, so daß er im Mittel mehr als eine Sekundärelektronenemission verursacht, und zwar dadurch, daß er fortlaufend auf die Innenwand 33 trifft. Es wird dadurch eine lawinenartige Vervielfachung ausgelöst, die zu KLektronenverStärkungsfaktoren von 10& führen kann·

Der Elektronenvervielfacher ersetzt die vielen Prallelektroden, die sonst in den bekannten Detektoren vorhanden sind. Bei diesen Detektoren müssen unterschiedliche Spannungen an jede Prallelektrode gelegt werden. Der Elektronenvervielfacher -j2 beseitigt diesen Nachteil und benötigt auch keinen zugehörigen Spannungsteiler· Man vermeidet außerdem die vielen Glas-, Metall-Durchführungen, die unbedingt notwendig sind, wenn man durch die Wand des Kolbens 1 verschiedene elektrische Verbindungen herateilen muß· Der aus dem Elektronenvervielfacher 32 austretende Elektronenstrahl trifft auf eine Sammelelektrode 41, die über einen Leiter 43 und einem Lastwiderstand 47 an Erde gelegt

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ist· Das Ausgsngssignal, das an den Klemmen des Lastwideretande β 4-7 abgenommen wird, wird einer Signalverarbeltungsvorrichtung 49 zugeführt, die es mit dem öezugssignal vereint, das zum Beispiel vom Ablenkgenerator 29 kommt. Diese Signale werden in der Signalverarbeitungevorrichtung 49 so verarbeitet, daß ein Differenzsignal B₀ entsteht, dessen Polarität und Amplitude der Richtung und dem Betrag der Abweichung des Lichtbildes in BeEUg auf die Y-T Achse entspricht· Dieses Differenzsignal kann dazu verwendet werden, eine die Lage des Fahrzeuge steuernde Vorrichtung anzusteuern, die es ermöglicht, die Stellung des Fahrzeuges so zu ändern, daß das Lichtbild auf den Ursprung der X-X Achse fällt und eine der Achsen des Fahrzeuges in eine Lage zu bringen, wie sie im Hinblick auf die feste Lichtquelle erforderlich ist·

Gemäß anderen Anwendungsverfahren werden die Differenzsignele in geeigneter "eise verstärkt und steuern Servmotoren an, die Halterahmen so bewegen, daß die optische Achse der Einstellvorrichtung in Richtung der Lichtquelle weist·

Die erfindungsgemäße Vorrichtung spricht auf OrtsVeränderungen in einer Ebene an« Wenn man daher gleichzeitig die ^e.ugsslgn&le aus dem Ablenkgenerator 31 verwendet, so kann die Vorrichtung dazu verwendet werden, eine Stabilisation in Bezug auf zwei Achsen herbeizufahren· Will man eine Stabilisation in einem Bezugssystem mit drei Achsen erreichen, so muß man noch eint- Ausrichtvorrichtung verwenden.

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Claims (6)

1. Fisher Building
   Detroit, Michigan (USA)

   23. Juli 1965 Patentansprache

   (ly Verfahren zur Regelung der Stellung eines Fahrzeuges in Bezut ^euf eine Lichtquelle, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bild der Lichtquelle auf eine Fotokathode (9) geworfen wird, daß die Fotokathode (9) periodisch abgetastet wird und die Elektronenwolke, die aus den abgetasteten Gebieten auf die Projektion des Bildes hin austritt, gleichzeitig so abgelenkt wird, daß sie sich in einer RichtunL bewegt, wie wenn sieh aus dem mittleren Bereich der Fotokathode (9) kommen würde, und daß das durch die Elektronenwolke erzeugte Ausgangssignal mit dem entsprechenden Ablenksignal zur Erzeugung eines Differenzsignals kombiniert wird, das ein Maß für die winkelmäßige StelLung des Fahrzeuges in Bezug auf die Lichtquelle ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß elektromagnetisch abgelenkt wird.
3. 3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen jeder Volke vor der Erzeugung eines Ausgangssignals durch Sekundäremission vervielfacht werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß d&s AusgangssignaL von einer Saramelelektrode (41, 4j5^N, abp;enom-

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   men und In einer Signalvererbeitungsvorrichtung (49) zusammen mit Bezugssignalen einer Ablenkvorrichtung (25» 31) verarbeitet wird.
5. 5· Farnsworth-Röhre zur optischen Nachführung nach einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bia 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem luftdichten Kolben (1), der eine durchsichtige "'and (3) und eine Längsachse aufweist, eine koaxial zu der Achse angeordnete, halbdurchsichtige Fotokathode (9)vorgesehen ist, mit der die Innenfläche der durchsichtigen Wand (3) belegt ist, daß eine in dem Kolben (1) befestigte Ausblendelektrode (20) vorgesehen ist, die eine eine aus dem Mittelbereich der Fotokathode (9) stammende Elektronenwolke durchlassende Mittelöffnung (21? aufweist, daß eine elektrostatische, die Elektronenwolke bündelnde und ein Bild in die Ebene der Ausblendelektrode (20) und einer Sammelelektrode (41) werfende Linse (11 bis 14) vorhanden ist und daß die Elektronenwolke aus anderen Gebieten der Fotokathode durch die Mittelöffnung (21, 22) leitende Ablenkvorrichtung (23, 24, 25, 27, '< 9, 31) vorgesehen sind.
6. 6. Bohre nach Anspruch 5· dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (1) einen an sich bekannten Elektronenvervielfacher (3) aufweist·

   7· Röhre nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet« daß der Elektronenvervielfacher (3) leicht gekrümmt ist.

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