RU190327U1 - A device for measuring the parameters of space meteoroid and technogenic particles and the study of their influence on the properties of satellite building materials - Google Patents
A device for measuring the parameters of space meteoroid and technogenic particles and the study of their influence on the properties of satellite building materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU190327U1 RU190327U1 RU2019100327U RU2019100327U RU190327U1 RU 190327 U1 RU190327 U1 RU 190327U1 RU 2019100327 U RU2019100327 U RU 2019100327U RU 2019100327 U RU2019100327 U RU 2019100327U RU 190327 U1 RU190327 U1 RU 190327U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- particles
- parameters
- meteoroid
- space
- properties
- Prior art date
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 239000004566 building material Substances 0.000 title claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 6
- 239000000428 dust Substances 0.000 abstract description 18
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 7
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 6
- JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N carbonyl sulfide Chemical compound O=C=S JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000004035 construction material Substances 0.000 abstract 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 abstract 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 abstract 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 13
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 11
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 11
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 9
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 2
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 2
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- LPLLVINFLBSFRP-UHFFFAOYSA-N 2-methylamino-1-phenylpropan-1-one Chemical class CNC(C)C(=O)C1=CC=CC=C1 LPLLVINFLBSFRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000010616 electrical installation Methods 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 239000007888 film coating Substances 0.000 description 1
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N phencyclidine Chemical compound C1CCCCN1C1(C=2C=CC=CC=2)CCCCC1 JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/66—Arrangements or adaptations of apparatus or instruments, not otherwise provided for
- B64G1/68—Arrangements or adaptations of apparatus or instruments, not otherwise provided for of meteoroid or space debris detectors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области космического приборостроения. Устройство для измерения параметров космических метеороидных и техногенных частиц и исследования их влияния на свойства материалов спутникостроения включает в себя корпус из полимера или металла, замощенный посадочными местами для шестиугольных кювет и кассет, в которых расположены различные по своей конструкции и принципу действия пленочные датчики частиц и широко применяемые в спутникостроении материалы, наиболее уязвимые для воздействия космической пыли и мусора.Технический результат заключается в достижении возможности комплексной регистрации и оценки параметров направленного потока частиц совместно с исследованием степени деградации параметров различных материалов, попавших под воздействие этих потоков частиц при послеполетном исследовании возвращенного на Землю устройства.The invention relates to the field of space instrumentation. A device for measuring parameters of cosmic meteoric and technogenic particles and studying their influence on the properties of satellite construction materials includes a housing made of polymer or metal, paved with seats for hexagonal cuvettes and cassettes in which film sensors of particles different in their design and principle of operation and widely materials used in satellite construction that are most vulnerable to the effects of space dust and debris. The technical result is to achieve the possibility of IOOS registration and evaluation directional particle flow characteristics in conjunction with the investigation of the degree of degradation of various parameters of materials, have come under the effect of these particles when flow is returned to study post-flight device Earth.
Description
Полезная модель относится к космической технике и может быть использована для исследования космического пространства, в частности для обнаружения твердых метеоритных и техногенных тел, двигающихся с заранее известным вектором скорости. А также для измерения их параметров и оценки влияния на наиболее уязвимые материалы спутникостроения.The utility model relates to space technology and can be used to explore space, in particular, to detect solid meteorite and man-made bodies moving with a previously known velocity vector. As well as to measure their parameters and assess the impact on the most vulnerable satellite building materials.
Известно устройство, являющееся датчиком-регистратором космической пыли. Данный датчик предназначен для контролирования пылевой обстановки вокруг Меркурия и содержит четыре плоских пьезосенсора на основе оксида цинка, при ударе по которым возникает импульс напряжения. По параметрам данного импульса можно судить о скорости и импульсе ударяющей частицы. (Development of the Mercury dust monitor (MDM) onboard the BepiColombo mission [Text] / K. Nogamia [et al.] // Planetary and Space Science. - 2010. - №58. - P. 108-115).A device that is a sensor-recorder of cosmic dust is known. This sensor is designed to monitor the dust situation around Mercury and contains four flat piezosensor based on zinc oxide, upon impact on which a voltage pulse occurs. The parameters of this impulse can be judged on the speed and impulse of the striking particle. (Development of the Mercury dust monitor (MDM) onboard the BepiColombo mission [Text] / K. Nogamia [et al.] // Planetary and Space Science. - 2010. - №58. - P. 108-115).
Недостатками данного устройства являются:The disadvantages of this device are:
- уничтожение частицы при соударении с датчиком, что исключает ее послеполетное исследование;- the destruction of the particle in collisions with the sensor, which excludes its post-flight study;
- малая суммарная площадь экспонируемой поверхности (640 мм2), что не позволяет получить необходимый для статистической обработки массив информации или вообще исключит попадание частицы в детектор;- a small total area of the exposed surface (640 mm 2 ), which does not allow to obtain the array of information necessary for statistical processing or completely exclude the ingress of a particle into the detector;
- измерение динамических характеристик частиц на основе только одного физического эффекта.- measurement of the dynamic characteristics of particles based on only one physical effect.
Другим известным аналогом является люминисцентно-конденсаторный преобразователь, установленный на космических аппаратах серии «Космос». Принцип действия датчика конденсаторного типа основан на коротком замыкании и разряде конденсатора, появлении короткоживущей плазмы, возникающей при импульсном столкновении высокоскоростной частицы с электропроводящими обкладками и регистрации возникшего электроразряда. Принцип действия люминофорного датчика основан на световой вспышке при высокоскоростном соударении твердых тел, параметры которой являются функциями параметров частицы. (Семкин Н.Д. Телегин A.M. Космическая пыль и ее взаимодействие с космическими аппаратами [Текст]/Н.Д Семкин, А.М Телегин// - Самара: Изд-во СГАУ, 2015. - 124 с).Another well-known analogue is a luminescent-capacitor transducer mounted on spacecraft of the Cosmos series. The principle of a capacitor-type sensor is based on the short-circuit and discharge of a capacitor, the appearance of a short-lived plasma arising from a pulsed collision of a high-speed particle with electrically conductive plates and the registration of an electrical discharge. The principle of operation of the phosphor sensor is based on the light flash during high-speed collision of solids, whose parameters are functions of the parameters of the particle. (Semkin ND Telegin A.M. Space dust and its interaction with spacecraft [Text] / N.D Semkin, A.M Telegin // - Samara: SSAU Publishing House, 2015. - 124 sec.).
Недостатками данного устройства являются:The disadvantages of this device are:
- невозможность неразрушающего сбора частицы для ее послеполетного исследования;- the impossibility of non-destructive collection of particles for its post-flight research;
- подобная слоистая конструкция снижает диапазон улавливаемых частиц по скоростям и размерам.- such a layered design reduces the range of particles captured in speeds and sizes.
Прототипом заявляемой полезной модели является плоскопанельный коллектор пыли для улавливания, сбора, регистрации и измерения параметров метеороидных и техногенных частиц, межзвездной и межпланетной пыли. Данный коллектор пыли выполнен в виде плоской панели с прямоугольными ячейками-ловушками, расположенными с двух сторон панели. Ячейки-ловушки коллектора заполнены аэрогелем (Карпенко С.«Stardust» отправился за космической пылью. Новости космонавтики, том 9, №3 (194), 16 января - 12 февраля 1999, с. 26-31). Коллектор пыли укреплен на петлях в отсеке возвращаемой капсулы, из которой он выводится, экспонируется и снова убирается в капсулу. Ячейки-ловушки на одной стороне коллектора предназначены для улавливания межзвездной пыли, ячейки-ловушки на другой стороне коллектора используются для улавливания кометной пыли и летучих веществ.The prototype of the claimed utility model is a flat panel dust collector for capturing, collecting, recording and measuring parameters of meteoroid and man-made particles, interstellar and interplanetary dust. This dust collector is made in the form of a flat panel with rectangular trap cells located on both sides of the panel. The collector trap cells are filled with airgel (Karpenko S. “Stardust” went for space dust. Astronautics news,
Данная плоскопанельная ловушка имеет ряд недостатков:This flat panel trap has several disadvantages:
- невозможность измерения или оценки динамических параметров частицы;- the impossibility of measuring or assessing the dynamic parameters of the particle;
- несъемность ячеек с аэрогелем для последующего исследования собранных образцов, что создает технологические трудности.- the incompatibility of cells with airgel for the subsequent study of the collected samples, which creates technological difficulties.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение оперативности получения и обработки данных о параметрах частиц и их влиянии на уязвимые материалы спутникостроения.The task, which the proposed utility model is aimed to solve, is to increase the efficiency of obtaining and processing data on the parameters of particles and their influence on vulnerable materials of satellite construction.
Задача решается за счет того, что устройство для измерения параметров космических метеороидных и техногенных частиц и исследования их влияния на свойства материалов спутникостроения, включающее в себя прямоугольный корпус из полимерного материала с посадочными местами под мишени, экспонируемые метеороидными и техногенными частицами, механически закрепленными на корпусе, согласно полезной модели содержит два типа мишеней: активные мишени для регистрации ударных воздействий и оценки их динамических характеристик и пассивные мишени, причем активные мишени электрически соединены посредством проводников с блоком электроники внутри космического аппарата кюветами, заполненными тремя разными аэрогельно-сенсорными структурами, позволяющими регистрировать одновременно и независимо ударные воздействия, в состав которых входят детектор-ловушка в виде кюветы с пленочным PVDF-пьезодатчиком ударных воздействий и расположенный под ним слой аэрогеля; детектор-ловушка в виде кюветы с пленочным МДМ-конденсаторным (металл-диэлектрик-металл) датчиком ударных воздействий и расположенный под ним слой аэрогеля; детектор-ловушка в виде кюветы с люминофорным датчиком ударных воздействий и расположенный под ним слой аэрогеля.The problem is solved due to the fact that the device for measuring the parameters of space meteoroid and technogenic particles and the study of their influence on the properties of satellite building materials, includes a rectangular case of polymeric material with seating for targets exposed by meteoroid and technogenic particles mechanically fixed on the case, according to the utility model, it contains two types of targets: active targets for registering impacts and evaluating their dynamic characteristics, and passive targets, The active targets are electrically connected via conductors to the electronics unit inside the spacecraft by cuvettes filled with three different airborne-sensory structures, which allow simultaneous and independent recording of impacts, which include a detector-trap in the form of a cuvette with a PVDF film piezoelectric sensor beneath it is an airgel layer; a detector-trap in the form of a cuvette with a MDM-capacitor film (metal-dielectric-metal) shock sensor and an airgel layer located below it; a trap detector in the form of a cuvette with a phosphor shock sensor and an airgel layer below it.
Пассивные мишени представляют собой съемные кассеты, заполненные наиболее уязвимыми для космической пыли материалами и покрытиями спутникостроения, среди которых имеются кассета с радиационно-защитным терморегулирующим покрытием класса «солнечный отражатель» для исследования изменения коэффициента поглощения солнечного излучения As и степени черноты ε в процессе воздействия потока частиц; кассета с кварцевым оптическим стеклом для исследования снижения коэффициента спектрального пропускания стекла; кассета со слоистой структурой кремниевых солнечных батарей для исследования влияния ударов микрочастиц на область p-n перехода; кассета со слоями электровакуумной теплоизоляции космического аппарата стандартного количества и толщины для исследования процесса пробивания слоев частицами пыли и мусора.Passive targets are removable cassettes filled with materials and coatings of satellite building that are most vulnerable to cosmic dust, among which there is a cassette with a solar reflector class of radiation-protective thermostatic coating to study changes in the absorption coefficient of solar radiation A s and the degree of blackness ε during the flow process particles; Quartz optical glass cassette for the study of reducing the spectral transmittance of glass; a cassette with a layered structure of silicon solar cells to study the effect of microparticle impacts on the pn junction region; a cassette with layers of electrovacuum insulation of a spacecraft of a standard amount and thickness to study the process of penetration of layers by dust and debris particles.
Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами:The essence of the utility model is illustrated by the following drawings:
Фиг. 1 - Общий вид устройства.FIG. 1 - General view of the device.
Фиг. 2 - Схема механического и электрического монтажа кюветы в корпусе.FIG. 2 - Mechanical and electrical installation diagram of the cuvette in the housing.
Фиг. 3 - Внутренняя структура кюветы типа 1.FIG. 3 - The internal structure of the
Фиг. 4 - Внутренняя структура кюветы типа 2.FIG. 4 - Internal structure of a type 2 cuvette.
Фиг. 5 - Внутренняя структура кюветы типа 3.FIG. 5 - Internal structure of a type 3 cuvette.
Основой конструкции устройства является корпус 1 из нанокомпозитного материала с механически закрепленными в нем ячейками-кюветами 2. В ячейках 2 чередуются слои аэрогеля и пьезоактивной поляризованной PVDF-пленки, где измерение динамических характеристик осуществляется за счет пьезоэффекта. Ячейка 3 включает пленочный МДМ-конденсаторный датчик и улавливающую ловушку - слой аэрогеля. Ячейка 4 включает в себя два слоя - слой аэрогеля и люминофора, также в них в качестве сенсорных элементов присутствуют фотоэлектронные умножители. Ячейка 5 содержит оптическое стекло с напылением из платины для послеполетного исследования деградации характеристик стекла под действием высокоскоростных ударных воздействий. Ячейка 6 содержит слоистую структуру подобную структуре кремниевых солнечных батарей для послеполетного исследования влияния ударов микрочастиц на область p-n перехода полупроводниковых фотопреобразователей. Ячейка 7 заполнена электровакуумной теплоизоляцией в виде типовой многослойной пленочной структуры металл-диэлектрик-металл толщиной 15-20 мкм и в количестве 15-20 таких слоев для оценки количества и глубины проникновения высокоскоростных частиц в эту структуру. Толщина и материалы слоев теплоизоляции зависят от рабочей температуры. При рабочей температуре до 423 К для экранов применяют полиэтилентерефталатную пленку с напылением алюминия, серебра или золота. При температуре до 723 К - алюминиевую фольгу с прокладками из стекловолокна. При температуре свыше 723 К используется фольга из меди, никеля или стали с кварцевым волокном в качестве прокладочного материала. Ячейка 8 включает в себя терморегулирующие покрытия (ТРП) типовой толщины для послеполетного измерения изменений их характеристик (коэффициента поглощения As и коэффициента черноты ε). Для применения предполагаются следующие ТРП: покрытие К-208Ср, белое силикатное покрытие ТР-со-12, пленочное покрытие ТР-со-ФСр.The basis of the design of the device is the
Из кювет 2, 3 и 4 выведены проводники 10, объединенные в жгут 11 ведущий через отверстие в задней крышке 9 к блоку электроники внутри космического аппарата. Каждая кювета соединена винтами 12 с корпусом 1 детектора, в котором предусмотрены специальные глухие отверстия для крепления. В каждую кювету вмонтирован разъем типа «вилка» 13, к которому подсоединены проводники от сенсорных элементов в кювете, а в корпусе в каждом посадочном месте для кюветы предусмотрен ответный разъем типа «розетка» 14 выводящий проводники 10 из кюветы. Если кювета с PVDF-аэрогельной структурой, то проводников два, если датчик конденсаторного типа, то четыре. Из кюветы с люминофорно-аэрогельной структурой проводники ведут от каждого фотоэлектронного умножителя.From the cuvette 2, 3 and 4, the
Сенсорно-аэрогельная структура кюветы (тип 1) 2 последовательно включает в себя наружный термо- и электроизоляционный аэрогельный экран-демпфер 16 толщиной 10 мм, внешнюю пленку PVDF толщиной несколько десятков микрометров 17, мерную базу 18 в виде калиброванной аэрогельной прокладки толщиной несколько единиц миллиметров, вторую внутреннюю аэрогельную пленку PVDF толщиной также несколько десятков микрометров, внутренний аэрогельный слой 21, который является ловушкой для попавших в детектор частиц. Все слои склеены межу собой по периметру каждой кюветы. Проводники 22 проведенные внутри кюветы соединяют каждый из сенсорных PVDF-слоев с электрическим разъемом 13 типа «вилка» закрепленным в дне кюветы.The sensor-airgel structure of the cell (type 1) 2 successively includes an external thermal and electrical insulation airgel screen-
Сенсорно-аэрогельная структура кюветы (тип 2) 3 последовательно включает в себя сетки 15 для измерения заряда и оценки скорости частицы, наружный термо- и электроизоляционный аэрогельный экран демпфер 16, две электропроводящие обкладки 19 напыленные на диэлектрический слой 20, а также внутренний аэрогельный слой 21 толщиной 10-50 мм. Аэрогельные слои скреплены с металлическими обкладками 19 и дном кюветы. Сигнальные проводники 23 и 24 проведенные от сеток 15 и металлических обкладок 19 внутри кюветы соединены с электрическим разъемом 13 типа «вилка», закрепленным на дне кюветы.The sensor-airgel structure of the cuvette (type 2) 3 successively includes
Сенсорно-аэрогельная структура кюветы (тип 3) 4 включает в себя слой люминофора 27, стойкого к УФ-излучению, нанесенного на внутренний аэрогельный слой 21, служащий ловушкой для частиц. Фотоэлектронные умножители 28, смонтированные в верхней части кюветы и направленные на слой люминофора под жестко заданным углом, регистрируют световые вспышки, возникающие при соударениях частиц с люминофором. В качестве люминофора могут использоваться сцинтилляторы CsI(Tl) или ZnS(Ag).The sensor-airgel structure of the cell (type 3) 4 includes a layer of
Устройство работает следующим образом. Перемещаясь по орбите, космический аппарат с установленным внутри него устройством для измерения параметров метеороидных и техногенных частиц в определенный известный момент времени попадает в облако космического мусора или пыли, двигающегося навстречу космическому аппарату. В этот момент времени по сигналу с Земли устройство выдвигается из корпуса космического аппарата и начинает экспонироваться потоком пылевых или техногенных частиц. Воздействие высокоскоростных пылевых или техногенных частиц на PVDF-аэрогельный детектор в кювете 2 происходит следующим образом. Частица ударяется и проходит сквозь внешний аэрогельный экран-демпфер 16. Аэрогельные волокна плавятся под воздействием высоких температур возникших в результате удара и обволакивают частицу. Преодолев внешний аэрогельный слой, частица ударяется в первую со стороны подлета пленку PVDF 17, которая генерирует первый электрический импульс. Параметры этого импульса являются функциями скорости, движения и массы частицы, которые фиксируются в соответствующем канале блока электроники. Далее частица пробивает аэрогельный слой 18, играющий роль мерной базы и соударяется со второй пленкой PVDF 17, которая также генерирует электрический импульс при столкновении. После чего частица попадает во внутренний аэрогельный слой 21, в котором сохраняется до прибытия космического аппарата на Землю.The device works as follows. Moving in orbit, a spacecraft with a device installed inside it for measuring parameters of meteoroid and technogenic particles at a certain known point in time enters the cloud of space debris or dust moving towards the spacecraft. At this point in time, a signal from the Earth sends the device out of the body of the spacecraft and begins to exhibit a stream of dust or man-made particles. The impact of high-speed dust or man-made particles on the PVDF-airgel detector in cuvette 2 is as follows. The particle hits and passes through the outer airgel screen-
Средняя скорость определяется при преодолении частицей мерной базы L детектора и преодолении первой и второй тонких эластичных поляризованных обкладок - пленок PVDF. При этом необходимо обеспечивать идентификацию одной и той же частицы при прохождении через две разных пленки PVDF. Это определяется, например, примерным равенством электрических импульсов AS1 и AS2, зафиксированных блоком электроники. Ударный импульс P=mν частицы, определяется в момент прохождения ее сквозь первую и вторую тонкие пленки PVDF 18. При этом генерируются электрические импульсы, фиксируемые блоком электроники, с амплитудами AS1 и AS2 и длительностью переднего фронта импульсов, пропорциональными количеству движения частицы. Эти процессы описываются нижеприведенными формулами.The average velocity is determined when a particle overcomes the dimensional base L of the detector and overcomes the first and second thin elastic polarized plates - PVDF films. It is necessary to ensure the identification of the same particle when passing through two different PVDF films. This is determined, for example, by the approximate equality of the electrical pulses AS1 and AS2, recorded by the electronics unit. The shock impulse P = mν of a particle is determined at the moment it passes through the first and second
Уравнение пьезоэффекта:Piezoelectric equation:
где D - электрическая индукция, I - ток пьезодатчика, S - площадь пьезодатчика.where D is the electrical induction, I is the piezoelectric current, S is the piezoelectric area.
Электрическая индукция:Electric induction:
где Е - напряженность электрического поля, е - пьезоэлектрический модуль, Р - давление.where E is the electric field strength, e is the piezoelectric module, P is the pressure.
Учитывая, что 
Закон распространения ударной волны примет вид:The law of propagation of a shock wave takes the form:
где Р0 - начальное давление на фронте ударной волны. Так как сигнальная часть зависит только от одного параметра Р0(Р0)3, то метод, основанный на пьезоэффекте, является неполным и нуждается в совмещении с другими, что и реализовано в заявляемой полезной модели.where P 0 is the initial pressure at the shock wave front. Since the signal part depends on only one parameter P 0 (P 0 ) 3 , the method based on the piezoelectric effect is incomplete and needs to be combined with others, which is implemented in the claimed utility model.
Воздействие потока 30 частиц на структуру кюветы 3 происходит следующим образом: при пролете частицы пыли или техногенного мусора сквозь сетки 15 посредством электростатической индукции измеряется заряд частиц, что позволяет получить исходный набор данных для независимого определения скорости и массы регистрируемой частицы. Далее частица ударяется и проходит сквозь внешний аэрогельный экран-демпфер 16, после чего пробивает МДМ-структуру, состоящую из диэлектрической прокладки 20 и напыленных на нее металлических токопроводящих слоев 19. После чего частица попадает во внутренний аэрогельный слой 21, в котором сохраняется до прибытия космического аппарата на Землю.The impact of a stream of 30 particles on the structure of the cuvette 3 occurs as follows: when dust particles or man-made debris pass through the
Принцип действия датчика конденсаторного типа в кювете типа 2 основан на коротком замыкании и разряде конденсатора, появлении короткоживущей плазмы, возникающей при импульсном столкновении высокоскоростной частицы или тела с электропроводящими обкладками и регистрации возникшего электроразряда. Данная сенсорная структура представляет собой полимерную пленку толщиной 2-20 мкм с электропроводящими напыленными из металла обкладками. Конденсатор разрушается в месте удара и по истечении времени взаимодействия восстанавливается с помощью источника постоянного тока. Площадь разрушенной верхней обкладки от одной частицы на 7-9 порядков меньше всей ее площади. Конденсатор может функционировать в режимах пробоя-восстановления, изменения электропроводности ударносжатого диэлектрика и запоминания ударного воздействия. Такой детектор вырабатывает сигналы на нагрузочном сопротивлении, как при сквозном пробое диэлектрика, так и при отсутствии пробоя.The principle of operation of a capacitor-type sensor in a type 2 cell is based on the short-circuit and discharge of a capacitor, the appearance of a short-lived plasma arising from a pulsed collision of a high-speed particle or body with electrically conductive plates and the registration of an electrical discharge that has occurred. This sensor structure is a polymer film with a thickness of 2-20 microns with electrically conductive metal-coated plates. The capacitor is destroyed at the point of impact and after the interaction time is restored using a constant current source. The area of the destroyed upper facing from one particle is 7–9 orders of magnitude smaller than its entire area. The capacitor can function in the modes of breakdown-recovery, changes in the electrical conductivity of a shock-compressed dielectric and memory impact. Such a detector produces signals at the load resistance, both in the case of dielectric breakdown and in the absence of breakdown.
В общем случае зависимость амплитуды А сигнала МДМ-детектора от массы m и скорости ν регистрируемой частицы описывается соотношением:In the general case, the dependence of the amplitude A of the signal of the MDM detector on the mass m and the velocity ν of the registered particle is described by the relation:
А=Cmανβ A = Cm α ν β
где С, α и β - константы, зависящие от свойств материала мишени и частицы и скорости удара.where C, α and β are constants depending on the properties of the target material and particle and the impact velocity.
Диапазоны значений параметров α и β при экспериментальных воздействиях на тонкопленочные конденсаторы частицами Al, Fe, W с размерами 1-5 мкм и летящими со скоростями 0,1-10 км/сек:The ranges of α and β parameters for experimental effects on thin-film capacitors with Al, Fe, W particles with sizes of 1-5 μm and flying at speeds of 0.1-10 km / s:
В отсутствии сквозного пробоя:In the absence of end-to-end breakdown:
α: 0,28±0,1 ÷ 0,65±0,1; β: 1,56±0,1 ÷ 1,8±0,1.α: 0.28 ± 0.1 ÷ 0.65 ± 0.1; β: 1.56 ± 0.1 ÷ 1.8 ± 0.1.
При сквозном пробое:When through breakdown:
α: 0,25±0,1 ÷ 0,65±0,1; β: 0,92±0,1 ÷ 1,31±0,1.α: 0.25 ± 0.1 ÷ 0.65 ± 0.1; β: 0.92 ± 0.1 ÷ 1.31 ± 0.1.
Принцип регистрации и замера параметров частицы в кювете детекторе 4 заключается в преобразовании кинетической энергии во внутреннюю энергию вещества люминофора и регистрации световой вспышки фотоэлектронными умножителями 28 во время удара частицы о слой люминофора 27 с последующим неразрушающим внедрением частицы в слой аэрогеля 21.The principle of recording and measuring the parameters of a particle in a cuvette detector 4 consists in converting the kinetic energy into the internal energy of the phosphor substance and registering a flash of light with
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019100327U RU190327U1 (en) | 2019-01-09 | 2019-01-09 | A device for measuring the parameters of space meteoroid and technogenic particles and the study of their influence on the properties of satellite building materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019100327U RU190327U1 (en) | 2019-01-09 | 2019-01-09 | A device for measuring the parameters of space meteoroid and technogenic particles and the study of their influence on the properties of satellite building materials |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU190327U1 true RU190327U1 (en) | 2019-06-26 |
Family
ID=67002965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019100327U RU190327U1 (en) | 2019-01-09 | 2019-01-09 | A device for measuring the parameters of space meteoroid and technogenic particles and the study of their influence on the properties of satellite building materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU190327U1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009091037A1 (en) * | 2008-01-17 | 2009-07-23 | Ihi Corporation | Device for detecting space floating matters |
| RU2457986C1 (en) * | 2011-04-12 | 2012-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" | Transducer for registration and measurement of meteoroid and man-caused particles, interstellar and interplanetary dust affecting spaceship |
| RU2618962C1 (en) * | 2016-03-09 | 2017-05-11 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации | Sensor for researching meteoroid flows and man-made particles in space |
| RU183905U1 (en) * | 2018-04-10 | 2018-10-08 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" | Device for measuring parameters of chaotic technogenic and meteorite cosmic particles |
-
2019
- 2019-01-09 RU RU2019100327U patent/RU190327U1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009091037A1 (en) * | 2008-01-17 | 2009-07-23 | Ihi Corporation | Device for detecting space floating matters |
| RU2457986C1 (en) * | 2011-04-12 | 2012-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" | Transducer for registration and measurement of meteoroid and man-caused particles, interstellar and interplanetary dust affecting spaceship |
| RU2618962C1 (en) * | 2016-03-09 | 2017-05-11 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации | Sensor for researching meteoroid flows and man-made particles in space |
| RU183905U1 (en) * | 2018-04-10 | 2018-10-08 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" | Device for measuring parameters of chaotic technogenic and meteorite cosmic particles |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| С. Карпенко. Stardust отправился за космической пылью. -Ж.: Новости космонавтики, 1999, N 3(194), c.26-31. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5659177A (en) | Directional thermal neutron detector | |
| US10107934B2 (en) | Device and method for detecting neutrons and gamma rays | |
| CN105738936B (en) | Space radiation environment and effect combination detecting structure | |
| US3307407A (en) | Micro-particle impact sensing apparatus | |
| US9923115B2 (en) | Particle detector and method of making the same | |
| CN108802797B (en) | On-orbit particle detection and single event effect monitoring system | |
| EP2914980A1 (en) | Apparatus for sensing ionic current | |
| CN109581471B (en) | Multilayer combined type energy meter | |
| Peña-Rodríguez et al. | Design and construction of MuTe: a hybrid muon telescope to study colombian volcanoes | |
| CN107589459A (en) | Electric capacity ionization manifold type space micron order fragment detection device | |
| Smith et al. | Initial breakdown pulse parameters in intracloud and cloud‐to‐ground lightning flashes | |
| Deconihout et al. | Implementation of an optical TAP: preliminary results | |
| RU190327U1 (en) | A device for measuring the parameters of space meteoroid and technogenic particles and the study of their influence on the properties of satellite building materials | |
| Oyama et al. | Electron temperature probe on board Japan's 9th scientific satellite “OHZORA” | |
| RU95314U1 (en) | SENSOR FOR REGISTRATION OF METEOROID AND TECHNOGENIC PARTICLES INFLUENCING ON THE SPACE VEHICLE | |
| Fechtig | 2.1. 1 In-Situ Records of Interplanetary Dust Particles-Methods and Results | |
| RU183905U1 (en) | Device for measuring parameters of chaotic technogenic and meteorite cosmic particles | |
| RU2457986C1 (en) | Transducer for registration and measurement of meteoroid and man-caused particles, interstellar and interplanetary dust affecting spaceship | |
| Bridge et al. | A Study of Cosmic-Ray Bursts | |
| CN113433581B (en) | Low-background alpha and beta ray detection device | |
| US3587291A (en) | Particle detection method and apparatus | |
| CN110082815B (en) | Ultra-wide LET detection method and device adopting pixel type silicon sensor | |
| Leese et al. | DEBIE: a low resource dust environment monitor | |
| RU2348949C1 (en) | Detector of micro meteoroidal and technogenic particles | |
| US3324388A (en) | Meteoroid sensing apparatus having a coincidence network connected to a pair of capacitors |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20190519 |