WO2007033644A1 - Measuring arrangement for recording environmental parameters and operational parameters for a device working under vacuum conditions in space or the laboratory - Google Patents

Measuring arrangement for recording environmental parameters and operational parameters for a device working under vacuum conditions in space or the laboratory Download PDF

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WO2007033644A1
WO2007033644A1 PCT/DE2006/001622 DE2006001622W WO2007033644A1 WO 2007033644 A1 WO2007033644 A1 WO 2007033644A1 DE 2006001622 W DE2006001622 W DE 2006001622W WO 2007033644 A1 WO2007033644 A1 WO 2007033644A1
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grid
voltage
measuring arrangement
current
electrode
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PCT/DE2006/001622
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Inventor
Gerhard Schmidtke
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Fraunhofer-Gesellchaft Zur Förderung Der Angewandten Forschung E.V.
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    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/66Arrangements or adaptations of apparatus or instruments, not otherwise provided for
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    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
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    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/10Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
    • B64G1/1014Navigation satellites
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/429Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors applied to measurement of ultraviolet light

Definitions

  • the invention relates to a measuring arrangement for detecting environmental parameters and operating parameters for a device working under vacuum in space or in the laboratory, in particular a spacecraft exposed to solar wind and extremely ultraviolet radiation and thereby electrically charged.
  • the accuracy of navigation measurements using satellites depends largely on the calculation of the propagation of the signals on their way from the satellite to the receiver on Earth. It is determined by the integral column density of the ionospheric electrons and is subject to constant changes due to the continuously variable solar activity. These are predominantly determined by solar extreme ultraviolet radiation and to a smaller, but not negligible proportion of the solar wind.
  • the present invention seeks to provide a device that it gestat- to measure and quantify space weather parameters for a variety of space missions.
  • the missile comprises an insulating spacer on which as the first electrode, a first inner electrically conductive grid, which encloses an interior, and as a second electrode, a second outer grid, the the inner grid enclosing, are isolated from each other, wherein the inner grid and the outer grid can be acted upon with a predetermined grid potential and the current flowing to the missile current depending on the respective potential of the electrodes for obtaining data, in particular space weather data, evaluable.
  • the two grids enclose an electrically conductive hollow body as a third electrode, the potential of which is likewise adjustable to a previously determinable value. It is expedient if the grids and the electrically conductive hollow body are formed as three concentrically arranged electrodes having a substantially spherical shape.
  • the grids are preferably each formed as a spherical double-layered grid of two mesh gratings with high optical transmission.
  • scintillation crystals are arranged in the interior of the spherical hollow body, the light of which can be detected by at least one optical detector.
  • the three electrodes of the measuring arrangement are connected via current measuring devices with their associated voltage sources for the provision of the predetermined potentials.
  • 1 shows a measuring arrangement with two grids for detecting the electrical charge of a satellite
  • FIG. 2 is an enlarged view of the two grids of the measuring arrangement of FIG. 1,
  • FIG. 3 shows voltage and current characteristics of the electrodes of the measuring arrangement according to FIG. 1, FIG.
  • FIG. 6 7 voltage and current waveforms of the electrodes of the measuring arrangement according to FIG. 6, FIG.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a measuring arrangement for detecting operating parameters for a device working under vacuum in space or in the laboratory. If this device is a spacecraft, in particular a satellite, it permits the in Fig. 1 illustrated measuring arrangement to determine the electrical charge of the satellite and the energy distribution in the electron cloud around the satellite, which consists mainly of photoelectrons, which are knocked out by irradiation of sunlight from the satellite, the satellite is highly positive charging.
  • Fig. 1 shows a part of a satellite body 10, which may be, for example, the metallic outer skin of a spacecraft.
  • a spacer 12 is fixed, which consists of an electrically non-conductive material.
  • an inner spherical grid 14 is fixed, which encloses an inner space 16.
  • the inner grid 14 is in turn surrounded by an outer grid 18, which is also spherical and concentric with the inner grid 14 is aligned.
  • the inner grid 14 and the outer grid 18 are made of an electrically conductive material.
  • FIG. 2 shows the inner grid 14 and the outer grid 18 in a sectional view enlarged in comparison with FIG. 1 in order to make it clear that these grids are each a double grid.
  • the double grids are mesh gratings with approximately the same optical transmission as possible per unit area.
  • the inner grid 14 consists of a first sub-grid 20 and a second sub-grid 22.
  • the outer grid 18 consists of a first sub-grid 24 and a second sub-grid 26.
  • the sub-grid 20 to 26 are made of grid wires which are interconnected at their intersection points to achieve the required mechanical stability.
  • the design of the grids 14, 18 as a double lattice ensures that the electric field within the double lattice minimizes penetration through external electric fields.
  • the first sub-grid 20 of the inner grid 14 has a radius of 54 mm
  • the second sub-grid 22 of the inner grid 14 has a radius of 56 mm
  • the first sub-grid 24 of the outer grid 18 has a radius of 59 mm
  • the second sub-grid of the outer grid 18 has a radius of 61 mm.
  • the sublattices 20, 22 on the one hand and the sublattices 24, 26 on the other hand each have the same potential.
  • the internal grating 14 is connected via a line 27 to a voltage source 28, which has a constant voltage Uj G of 25 V in the described embodiment, to between the mass 30 of the satellite or body and the inner Grid 14 to provide a potential difference.
  • the outer grid 18 is connected to a second voltage source 32, which is likewise connected to the ground 30.
  • Another terminal of the second voltage source 32 is connected via an ammeter 34 and the line 35 to the outer grid 18.
  • Ammeter 34 makes it possible to measure the current flowing through the outer grid 18 and to transmit the measured value via a measuring line 36 to a control and evaluation 38.
  • the control and evaluation 38 is in turn connected to a unit for data output 40.
  • the control and evaluation electronics 38 are further connected via a control line 42 to the second voltage source 32, so that the output voltage of the second voltage source 32 can be set to predetermined values.
  • the measuring line 36 and the control line 42 may be provided within the satellite as wire connections to the control and evaluation unit 38 or entirely or partially consist of telecommunication channels via which data can be exchanged between the satellite and a ground station.
  • FIG. 3 shows how the output voltage UJ G of the first voltage source 28 remains constant over the entire time period t, for example at a value of 25 V.
  • the voltage and current characteristics illustrated in FIG. 3 are furthermore taken from that from the second voltage source 32 supplied voltage U aG for the outer grid 18 initially has a value of -30 V, this value remains constant between the times t 0 and ti.
  • the photoelectrons located in the outer plasma around the satellite are repelled by the outer grating 18.
  • the photoelectrons formed both in the outer grid 18 and in the inner grid 14 are likewise repelled by the outer grid 18, so that the negative current illustrated in FIG. 3 flows in the outer grid 14.
  • the analysis of the current I aG allows a detection of the charging of the satellite, and by evaluating the falling edge 46 from the time X 2 a detection of the energy distribution and density of the electrons in the Electron cloud around the satellite.
  • a new measurement cycle can be prepared and initiated, as illustrated in FIG. 3 by the second time t 0 .
  • FIG. 3 shows a measuring arrangement which, like the measuring arrangement described with reference to FIGS. 1 to 3, has a satellite carrier 10 on which a spacer 12 is fastened, which in turn serves for fastening an inner grid 14 and an outer grid 18.
  • the arrangement described so far corresponds to the arrangement described in connection with FIGS. 1 and 2.
  • the measuring arrangement shown in Fig. 4 has a metal ball 50 which is arranged in the interior 16 of the inner grid 14 concentric with the inner grid 14 and the outer grid 18.
  • the spacer 12 thus serves in addition to the attachment of the metal ball 50. It has a Ausgasö réelle 52.
  • the metal ball 50 is electrically isolated from the satellite carrier 10 and has, for example, an outer radius of 50 mm at a thickness of 1 mm.
  • the metal ball 50 is connected via a line 53 and an ammeter 54 to a third voltage source 56.
  • the voltage source 56 is further connected to the ground 30 of the satellite.
  • the inner grid 14 is connected via the line 27 with the first voltage source 28 already described above in connection with the measuring arrangement according to FIG.
  • the outer grid 18 does not require a voltage source in the measuring arrangement shown in FIG. 4. For this reason, the line 35 is connected to the ground 30.
  • the control and evaluation 38 transmits control signals via the control line 58 to the first voltage source 28 and receives via the measuring line 60 information about the amount of current flowing through the ammeter 54 current. After a Evaluation of the current signals takes place on the data output 40 an output of the detected measured values for the energy distribution and the density of the electrons in the solar wind 55, which acts on the measuring arrangement according to FIG.
  • Fig. 5 illustrates this situation in the context of the voltage U 3G , which is always 0V.
  • the metal ball 50 is also always subjected to a constant voltage, for example 15 V.
  • a control signal is sent to the first voltage source 28 via the signal line 58, so that it has the sawtooth-shaped profile in FIG. 5 between -50 V and +30 V.
  • the voltage pulse U iG has, for example, a length of 3 minutes between the cycle times t- ⁇ and U 2 , and a length of less than one minute between the cycle times t i2 and I 13 .
  • a voltage U lG of -50 V is applied to the inner grating 14.
  • the outer grating 18 transmits ions and electrons having energies of more than 0 eV from the outer plasma toward the surface of the metal ball 50.
  • the ions are trapped by the inner lattice 14, whereas the electrons with energies less than 50 eV do not overcome the negative potential of -50V can and can be pushed back. Since consequently no plasma components and especially electrons with less than 50 eV reach the metal ball 50, the current I MK assumes its minimum value, especially since the photoelectrons formed in the metal ball 50 are picked up again by the metal ball 50.
  • the continuous increase of the voltage U iG from the line 27 to the internal grating 14, illustrated in FIG. 5, is from -50 V to +30 V.
  • electrons with higher energies can be the negative Overcome potential increasingly, the plasma electron current IMK through the ammeter 54 and the metal ball 50 increases to a maximum value, which is achieved in Fig. 5 at a voltage U iG of about +15 V.
  • the maximum value 62 of IMK which can be recognized in the lower curve in FIG. 5 is a measure of the electron density in the solar wind 55.
  • the evaluation of the measurement curve l M ⁇ in the range between the instant ⁇ 1 and the maximum 62 lying shortly before t 12 permits a quantification the energy distribution of the electrons from the solar wind 55 or the suprathermal electrons from the ionosphere or the photoelectron cloud around the satellite as well as the electron temperature of the plasma surrounding the satellite. With the arrangement described, it is therefore also possible to detect coronal mass bursts of the sun.
  • the energy of the electrons of the solar wind 55 surpasses the energy values of the other electrons, such as the ionospheric plasma and the photoelectrons, so that the corresponding current values of the latter can be separately analyzed in the measurements with the uniform change in the voltage of U iG and assigned to different sources ,
  • the control and measuring electronics 38 contain programs for the required calculations or those data which allow to calibrate the measuring arrangement and to determine the sought measurement data on the basis of these values.
  • FIG. 6 shows a spectrometer measuring arrangement for a spectrometer measuring mode.
  • the measuring arrangement according to FIG. 6 serves to detect an extreme ultraviolet radiation 68 and has a mechanical structure which substantially corresponds to the structure described in connection with FIG. 4. Therefore, the same reference numerals have been used for corresponding components.
  • the measuring arrangement provided for the spectrometer measuring mode according to FIG. 6 has a second voltage source 32, which is already known from the measuring arrangement shown in FIG.
  • the second voltage source 32 is connected via the line 35 directly and without ammeter to the outer grid 18.
  • the first voltage source 28 is connected to the inner grid 14 via the line 27 with the interposition of an ammeter 64.
  • the third voltage source 56 known from FIG. 4 is connected to the metal ball 50 via the line 53 without the interposition of an ammeter. Notwithstanding the electrical circuit diagram shown in FIG. 4, the third voltage source 56 in the embodiment of FIG. 6 has a Control input, so that the control and evaluation 38 via a control line 66, the voltage supplied by the third voltage source 56 of the metal ball 50 voltage can change depending on the current measurement phase.
  • FIG. 7 shows the course of the voltages at the three spherical electrodes, namely the two gratings 14, 18 and the metal ball 50, as well as the current profile to the inner grid 14 during different time intervals.
  • the voltage applied to the inner grid 14 is constant and in the embodiment shown has a value of about +25 V.
  • the voltage delivered by the third voltage source 56 is constant at -30 V in the time interval t 2 o to t 2 i and has in the time interval t 2 i to t 22 the sawtooth waveform shown in Fig. 7 above between -30 V and +30 V.
  • the time interval between the times t 2 i and t 22 while the metal ball 50 is supplied with a continuously increasing voltage U MK is for example 3 minutes.
  • the current I iG flowing in line 27 and measured by the ammeter 64 is measured by means of the measuring arrangement shown in Fig. 6 and in the control - And evaluation 38 evaluated.
  • the period between times t 2 o and t 21 are all drawn from the metal ball 50 due to a photoelectric effect of the extreme ultraviolet radiation 68 released photoelectrons onto the inner screen 14, where they cause a positive ven current value l iG shown in Fig 7 is shown below.
  • Electrons from the plasma surrounding the measuring arrangement are forced back outward into the plasma due to the voltage U aG of -30 V lying on the outer grid 18. Ions from the outer plasma are trapped by the outer grid 18. A portion of the photoelectrons triggered in the outer grid 18 also contributes to the current I iG , which is marked in dashed lines in FIG. 7 as background current 70.
  • the current l iG increases due to the above-mentioned voltage conditions in the time interval between times t 20 and t 2 i its maximum value a, which also supply sammenograph the sum of the photoelectron currents of the metal ball 50 and to a lesser extent the photoelectron currents from the outer grid 18th
  • the control and evaluation unit 38 triggers an increase in the voltage U MK at the metal ball 50 at the time t 2 i.
  • the voltage U MK is continuously reduced to its initial value of -30 V and then remains constant.
  • the measurement error caused by the photoelectrons released by the outer grid 18 and also striking the inner grid 14 is due to the far smaller effective Surface of the outer grid 18 relative to the surface of the metal ball 50 is relatively small and illustrated by the line of the underground flow 70 in Fig. 7.
  • the voltage U aG at the outer grid 18 is increased in pulses from -30 V to 30 V during the time interval between the times t 24 and t 2 ⁇ .
  • the photoelectrons emanating from the outer grid 18 are recaptured by the outer grid 18, and the maximum current value 72 is reduced to a lower current value 74, which is exaggerated in the current measurement curve for I g as a brief dip in FIG.
  • the reduction to the lower current value 74, starting from the maximum current value 72, makes it possible to determine the value for the correction of the maximum value by determining the current difference of both measurements.
  • the evaluation of corrected for the contribution of the photoelectrons from the outer grid current curve l iG leads to quantify the spectrum of incident extreme ultraviolet radiation 68.
  • the profile of the current curve 76 in the time interval between the time points t 2 i and t 22 allows using the control and evaluation electronics 38 to determine the total flow of the photoelectrons, which are released from the extreme ultraviolet radiation 68 from the metal ball 50. Furthermore, it allows the
  • Control and evaluation electronics 38 from the course of the current curve 76 by calculations or due to calibrations to detect the energy distribution of the photoelectrons that have been released by the photons of the extreme ultraviolet radiation 68.
  • the additional measurement of the current profile lj G during the time interval between times t 25 and t 20 provides a corresponding correction value for the evaluation for each voltage value U aG .
  • This fine correction is used for Monitoring the possible influence of exceptionally strong, sun-based disturbances on the measured values.
  • the control and evaluation electronics 38 make it possible to determine the energy distribution of the photoelectrons of the outer grid 18 from the time profile of the current to the inner grid 14 in the time interval between t 25 and t 2 o.
  • FIG. 8 illustrates a measuring arrangement in which the measuring arrangements and measuring methods discussed in connection with FIGS. 1 to 7 are brought together in a measuring arrangement.
  • the arrangement according to FIG. 8 makes it possible to detect solar extreme ultraviolet radiation 68, the solar wind 55, the charging of a satellite as well as incoming corpuscular and gamma radiation 78.
  • Fig. 8 already known components are provided with the above-mentioned reference numerals.
  • the measuring arrangement shown in FIG. 8 has inside the metal ball 50 scintillation crystals 80 which have different properties as illustrated by the hatchings.
  • the scintillation crystals 80 are each assigned optical detectors 82 in order to receive the light signals triggered by cosmic radiation 78 in the scintillation crystals 80.
  • the metal ball 50 By matching the material, the metal ball 50, its wall thickness, possibly regularly distributed metal-coated window in the metal ball 50 and the wavelength sensitivity of the optical detectors 82, components of the cosmic rays can also be measured and evaluated with the aid of the scintillation electronics 84.
  • the scintillation electronics 84 is connected by lines 86 and 88 to the control and evaluation 38.
  • the scintillation electronics 84 contain input signals via lines 90, 92, which forward the electrical signals of the respective associated optical detectors 82 from the interior of the metal ball 50 to the scintillation electronics 84.
  • the metal ball 50 does not necessarily have to have an ideal spherical surface. It may, for example, be a facet ball or even an arrangement with smaller flat mirrors. In extreme cases, an approximately space-symmetric, z. B. cubic geometry can be applied, whereby the accuracy of the measurements, however, is very limited.

Abstract

The invention relates to a measuring arrangement for recording the charging of a satellite, the solar wind in space and extreme ultraviolet radiation, having three metallic electrodes (14, 18, 50). The first metallic electrode (50) is a hollow metal sphere enclosed by the second electrode in the form of an internal grid (14) and a further electrode in the form of an outer grid (18). The three electrodes are connected to voltage supplies which may be controlled. The changes in current occurring with voltage changes are recorded and processed in a control and analysis circuit for data output. Scintillation crystals and optical detectors may be placed within the metal sphere (50) in order to record additional particle and gamma radiation.

Description

Messaπordnunα zur Erfassung von Umαebungsparametem und von Betriebsparametern für ein unter Vakuumbedingungen im Weltraum oder im Labor arbeitendes Gerät Messaπordnunα to capture Umâebungsparametem and operating parameters for working under vacuum conditions in space or in the laboratory device
Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Erfassung von Umgebungsparametern und von Betriebsparametern für ein unter Vakuumbedingungen im Weltraum oder im Labor arbeitendes Gerät, insbesondere eines im Weltraum einem Sonnenwind und einer extrem ultravioletten Strahlung ausgesetzten und sich da- durch elektrisch aufgeladenen Flugkörpers.The invention relates to a measuring arrangement for detecting environmental parameters and operating parameters for a device working under vacuum in space or in the laboratory, in particular a spacecraft exposed to solar wind and extremely ultraviolet radiation and thereby electrically charged.
Zur Erhöhung der Genauigkeit von Satellitennavigationsdaten ist es erforderlich, eine Reihe von Störfaktoren im Weltraum und in Satellitensystemen zu erfassen. Die Genauigkeit von Navigati- onsmessungen mit Hilfe von Satelliten hängt wesentlich von der Berechnung der Ausbreitung der Signale auf ihrem Weg vom Satelliten zum Empfänger auf der Erde ab. Sie wird von der integralen Säulendichte der ionosphärischen Elektronen bestimmt und unterliegt aufgrund der fortlaufend variablen Sonnenaktivität ständigen Veränderungen. Diese werden zum überwiegenden Anteil durch solare extrem ultraviolette Strahlung und zu einem geringeren, aber nicht vernachlässigbaren Anteil vom Sonnenwind bestimmt.To increase the accuracy of satellite navigation data, it is necessary to detect a number of confounding factors in space and in satellite systems. The accuracy of navigation measurements using satellites depends largely on the calculation of the propagation of the signals on their way from the satellite to the receiver on Earth. It is determined by the integral column density of the ionospheric electrons and is subject to constant changes due to the continuously variable solar activity. These are predominantly determined by solar extreme ultraviolet radiation and to a smaller, but not negligible proportion of the solar wind.
Bei üblichen Messanordnungen zur Messung von extrem ultravioletter Strahlung werden drehbare optische Gitter oder Detektorzeilen aus vielen Einzeldetektoren verwendet. Diese müssen mit Hilfe von Sonnenfolgern zur Strahlungsquelle ausgerichtet werden, wodurch sich ein erheblicher Aufwand ergibt. Außerdem führen Oberflächeneffekte an den optischen Gittern und Detektoren zu einer nicht berechenbaren Degradation, so dass fortlaufend eine Veränderung von Kalibrierparametem eintritt.Conventional measuring devices for measuring extreme ultraviolet radiation use rotatable optical grids or detector lines of many single detectors. These must be aligned with the help of Sonnenfolgern to the radiation source, which results in a considerable effort. In addition, surface effects on the optical gratings and detectors lead to unpredictable degradation, so that a change in Kalibrierparametem occurs continuously.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die es gestat- tet, Weltraumwetter-Parameter für eine Vielzahl von Weltraummissionen zu messen und zu quantifizieren.Based on this prior art, the present invention seeks to provide a device that it gestat- to measure and quantify space weather parameters for a variety of space missions.
Diese Aufgabe wird bei einer Messanordnung der eingangs ge- nannten Art dadurch gelöst, dass der Flugkörper einen isolierenden Abstandshalter aufweist, an dem als erste Elektrode ein erstes inneres elektrisch leitendes Gitter, das einen Innenraum umschließt, und als zweite Elektrode ein zweites äußeres Gitter, das das innere Gitter umschließt, voneinander isoliert befestigt sind, wobei das innere Gitter und das äußere Gitter mit einem vorherbestimmten Gitterpotenzial beaufschlagbar sind und der zum Flugkörper fließende Strom in Abhängigkeit vom jeweiligen Potenzial der Elektroden zur Gewinnung von Daten, insbesondere Weltraumwetterdaten, auswertbar ist.This object is achieved in a measuring arrangement of the type mentioned above in that the missile comprises an insulating spacer on which as the first electrode, a first inner electrically conductive grid, which encloses an interior, and as a second electrode, a second outer grid, the the inner grid enclosing, are isolated from each other, wherein the inner grid and the outer grid can be acted upon with a predetermined grid potential and the current flowing to the missile current depending on the respective potential of the electrodes for obtaining data, in particular space weather data, evaluable.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umschließen die beiden Gitter einen elektrisch leitenden Hohlkörper als dritte Elektrode, dessen Potenzial ebenfalls auf einen vorher bestimmbaren Wert einstellbar ist. Zweckmäßig ist es, wenn die Gitter und der elektrisch leitende Hohlkörper als drei konzentrisch angeordnete Elektroden mit im wesentlichen kugelförmiger Gestalt ausgebildet sind. Die Gitter sind vorzugsweise jeweils als sphärisches doppellagiges Gitter aus zwei Netzgittern mit hoher optischer Transmission ausgebildet.In a preferred embodiment, the two grids enclose an electrically conductive hollow body as a third electrode, the potential of which is likewise adjustable to a previously determinable value. It is expedient if the grids and the electrically conductive hollow body are formed as three concentrically arranged electrodes having a substantially spherical shape. The grids are preferably each formed as a spherical double-layered grid of two mesh gratings with high optical transmission.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass im Innern des kugelförmigen Hohlkörpers Szintillati- onskristalle angeordnet sind, deren Licht von wenigstens einem optischen Detektor erfassbar ist.In one embodiment of the invention, it is provided that scintillation crystals are arranged in the interior of the spherical hollow body, the light of which can be detected by at least one optical detector.
Die drei Elektroden der Messanordnung sind über Strommesseinrichtungen mit ihren zugeordneten Spannungsquellen für die Bereitstellung der vorherbestimmten Potenziale verbunden.The three electrodes of the measuring arrangement are connected via current measuring devices with their associated voltage sources for the provision of the predetermined potentials.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sowie von Verfahren zur Erfassung extrem ultravioletter Strahlung, zur Erfassung des Sonnenwindes und zur Bestimmung der elektrischen Aufladung eines Raumflugkörpers ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den abhängigen Ansprüchen.Advantageous embodiments of the invention and of methods for detecting extreme ultraviolet radiation, for detection the solar wind and to determine the electrical charge of a spacecraft emerge from the following description and the dependent claims.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:Embodiments of the invention will be described in more detail with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1 eine Messanordnung mit zwei Gittern zur Erfassung der elektrischen Aufladung eines Satelliten,1 shows a measuring arrangement with two grids for detecting the electrical charge of a satellite,
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der beiden Gitter der Messanordnung gemäß Fig. 1 ,2 is an enlarged view of the two grids of the measuring arrangement of FIG. 1,
Fig. 3 Spannungs- und Stromverläufe der Elektroden der Messanordnung gemäß Fig. 1 ,3 shows voltage and current characteristics of the electrodes of the measuring arrangement according to FIG. 1, FIG.
Fig. 4 eine Messanordnung zur Erfassung des Sonnenwindes,4 shows a measuring arrangement for detecting the solar wind,
Fig. 5 Spannungs- und Stromverläufe der Elektroden derFig. 5 voltage and current waveforms of the electrodes of
Messanordnung gemäß Fig. 4,Measuring arrangement according to FIG. 4,
Fig. 6 eine Messanordnung zur Erfassung und Auswertung einer extrem ultravioletten Strahlung,6 shows a measuring arrangement for detecting and evaluating extreme ultraviolet radiation,
Fig. 7 Spannungs- und Stromverläufe der Elektroden der Messanordnung gemäß Fig. 6,7 voltage and current waveforms of the electrodes of the measuring arrangement according to FIG. 6, FIG.
Fig. 8 eine Messanordnung, die alle Komponenten der Messanordnungen gemäß den Fig. 1 , 4 und 6 enthält.8 shows a measuring arrangement which contains all the components of the measuring arrangements according to FIGS. 1, 4 and 6.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Messanordnung zur Erfassung von Betriebsparametern für ein unter Vakuumbedingungen im Weltraum oder im Labor arbeitendes Gerät. Wenn es sich bei diesem Gerät um einen Raumflugkörper, insbesondere um einen Satelliten handelt, gestattet es die in Fig. 1 dargestellte Messanordnung, die elektrische Aufladung des Satelliten sowie die Energieverteilung in der Elektronenwolke um den Satelliten zu bestimmen, die überwiegend aus Photoelektronen besteht, die durch Einstrahlung von Sonnenlicht aus dem Satelliten herausgeschlagen werden, wobei sich der Satellit stark positiv auflädt.1 shows a first exemplary embodiment of a measuring arrangement for detecting operating parameters for a device working under vacuum in space or in the laboratory. If this device is a spacecraft, in particular a satellite, it permits the in Fig. 1 illustrated measuring arrangement to determine the electrical charge of the satellite and the energy distribution in the electron cloud around the satellite, which consists mainly of photoelectrons, which are knocked out by irradiation of sunlight from the satellite, the satellite is highly positive charging.
In Fig. 1 erkennt man einen Teil eines Satellitenkörpers 10, bei dem es sich beispielsweise um die metallische Außenhaut eines Raumflugkörpers handeln kann. Am Satellitenkörper 10 ist ein Abstandshalter 12 befestigt, der aus einem elektrisch nicht leitenden Material besteht. An dem Abstandshalter 12 ist ein inneres kugelförmiges Gitter 14 befestigt, das einen Innenraum 16 umschließt. Auf der vom Innenraum 16 wegweisenden Seite ist das innere Gitter 14 seinerseits von einem äußeren Gitter 18 umgeben, das ebenfalls kugelförmig ist und konzentrisch zum inneren Gitter 14 ausgerichtet ist.In Fig. 1 shows a part of a satellite body 10, which may be, for example, the metallic outer skin of a spacecraft. On the satellite body 10, a spacer 12 is fixed, which consists of an electrically non-conductive material. To the spacer 12, an inner spherical grid 14 is fixed, which encloses an inner space 16. On the side facing away from the interior 16 side, the inner grid 14 is in turn surrounded by an outer grid 18, which is also spherical and concentric with the inner grid 14 is aligned.
Das innere Gitter 14 und das äußere Gitter 18 bestehen aus ei- nem elektrisch leitenden Material. Fig. 2 zeigt das innere Gitter 14 und das äußere Gitter 18 in einer gegenüber Fig. 1 vergrößert dargestellten Schnittansicht, um zu verdeutlichen, dass es sich bei diesen Gittern jeweils um ein Doppelgitter handelt. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Doppelgitter Netzgitter mit annähernd gleicher, möglichst hoher optischer Transmission pro Flächeneinheit. Das innere Gitter 14 besteht aus einem ersten Teilgitter 20 und einem zweiten Teilgitter 22. Das äußere Gitter 18 besteht aus einem ersten Teilgitter 24 und einem zweiten Teilgitter 26. Die Teilgitter 20 bis 26 bestehen aus Gitterdrähten, die an ihren Kreuzungspunkten miteinander verbunden sind, um die erforderliche mechanische Stabilität zu erreichen.The inner grid 14 and the outer grid 18 are made of an electrically conductive material. FIG. 2 shows the inner grid 14 and the outer grid 18 in a sectional view enlarged in comparison with FIG. 1 in order to make it clear that these grids are each a double grid. In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, the double grids are mesh gratings with approximately the same optical transmission as possible per unit area. The inner grid 14 consists of a first sub-grid 20 and a second sub-grid 22. The outer grid 18 consists of a first sub-grid 24 and a second sub-grid 26. The sub-grid 20 to 26 are made of grid wires which are interconnected at their intersection points to achieve the required mechanical stability.
Durch die Ausgestaltung der Gitter 14, 18 als Doppelgitter wird erreicht, dass das elektrische Feld innerhalb der Doppelgitter den Durchgriff durch äußere elektrische Felder minimiert. Bei dem anhand der Fig. 1 und 2 erläuterten Ausführungsbeispiel hat das erste Teilgitter 20 des inneren Gitters 14 einen Radius von 54 mm, das zweite Teilgitter 22 des inneren Gitters 14 einen Radius von 56 mm, das erste Teilgitter 24 des äußeren Gitters 18 einen Radius von 59 mm, und das zweite Teilgitter des äußeren Gitters 18 einen Radius von 61 mm.The design of the grids 14, 18 as a double lattice ensures that the electric field within the double lattice minimizes penetration through external electric fields. In the illustrated with reference to FIGS. 1 and 2 embodiment, the first sub-grid 20 of the inner grid 14 has a radius of 54 mm, the second sub-grid 22 of the inner grid 14 has a radius of 56 mm, the first sub-grid 24 of the outer grid 18 has a radius of 59 mm, and the second sub-grid of the outer grid 18 has a radius of 61 mm.
Bei dem als Doppelgitter ausgebildeten inneren Gitter 14 und bei dem als Doppelgitter ausgebildeten äußeren Gitter 18 liegen die Teilgitter 20, 22 einerseits und die Teilgitter 24, 26 andererseits jeweils auf gleichem Potenzial.In the case of the internal grating 14 designed as a double lattice and in the case of the external grating 18 designed as a double lattice, the sublattices 20, 22 on the one hand and the sublattices 24, 26 on the other hand each have the same potential.
Wie man in Fig. 1 erkennt, ist das innere Gitter 14 über eine Leitung 27 mit einer Spannungsquelle 28 verbunden, die bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel eine konstante Spannung UjG von 25 V hat, um zwischen der Masse 30 des Satelliten oder Körpers und dem inneren Gitter 14 für einen Potenzialunterschied zu sorgen.As can be seen in Fig. 1, the internal grating 14 is connected via a line 27 to a voltage source 28, which has a constant voltage Uj G of 25 V in the described embodiment, to between the mass 30 of the satellite or body and the inner Grid 14 to provide a potential difference.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erkennt man weiter, dass das äußere Gitter 18 an eine zweite Spannungsquelle 32 angeschlossen ist, die ebenfalls mit der Masse 30 in Verbindung steht. Ein weiterer Anschluss der zweiten Spannungsquelle 32 ist über ein Amperemeter 34 und die Leitung 35 mit dem äußeren Gitter 18 verbunden. DasIn the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1, it can further be seen that the outer grid 18 is connected to a second voltage source 32, which is likewise connected to the ground 30. Another terminal of the second voltage source 32 is connected via an ammeter 34 and the line 35 to the outer grid 18. The
Amperemeter 34 gestattet es, den durch das äußere Gitter 18 fließenden Strom zu messen und den Messwert über eine Messleitung 36 zu einer Steuer- und Auswerteelektronik 38 zu übertragen. Die Steuer- und Auswerteelektronik 38 ist ihrerseits an einer Einheit zur Datenausgabe 40 angeschlossen.Ammeter 34 makes it possible to measure the current flowing through the outer grid 18 and to transmit the measured value via a measuring line 36 to a control and evaluation 38. The control and evaluation 38 is in turn connected to a unit for data output 40.
Die Steuer- und Auswerteelektronik 38 ist weiterhin über eine Steuerleitung 42 mit der zweiten Spannungsquelle 32 verbunden, so dass die Ausgangsspannung der zweiten Spannungs- quelle 32 auf vorherbestimmte Werte eingestellt werden kann. Die Messleitung 36 und die Steuerleitung 42 können innerhalb des Satelliten als Drahtverbindungen zur Steuer- und Auswerteeinheit 38 vorgesehen sein oder aber ganz oder teilweise aus Telekommunikationskanälen bestehen, über die zwischen dem Satelliten und einer Bodenstation Daten ausgetauscht werden können.The control and evaluation electronics 38 are further connected via a control line 42 to the second voltage source 32, so that the output voltage of the second voltage source 32 can be set to predetermined values. The measuring line 36 and the control line 42 may be provided within the satellite as wire connections to the control and evaluation unit 38 or entirely or partially consist of telecommunication channels via which data can be exchanged between the satellite and a ground station.
Die Funktionsweise der in Fig. 1 dargestellten Messanordnung wird nunmehr anhand von Fig. 3 veranschaulicht.The operation of the measuring arrangement shown in Fig. 1 will now be illustrated with reference to FIG. 3.
Fig. 3 zeigt, wie über den gesamten Zeitraum t die Ausgangsspannung UJG der ersten Spannungsquelle 28 konstant bleibt, beispielsweise bei einem Wert von 25 V. Den in Fig. 3 dargestellten Spannungs- und Stromverläufen entnimmt man weiterhin, dass die von der zweiten Spannungsquelle 32 gelieferte Spannung UaG für das äußere Gitter 18 zunächst einen Wert von -30 V aufweist, wobei dieser Wert zwischen den Zeitpunkten t0 und t-i konstant bleibt.FIG. 3 shows how the output voltage UJ G of the first voltage source 28 remains constant over the entire time period t, for example at a value of 25 V. The voltage and current characteristics illustrated in FIG. 3 are furthermore taken from that from the second voltage source 32 supplied voltage U aG for the outer grid 18 initially has a value of -30 V, this value remains constant between the times t 0 and ti.
Während des Zeitraumes zwischen den Zeitpunkten t0 und t-i fließt durch das Amperemeter 34 ein negativer Strom UG, der bis zu dem Zeitpunkt konstant bleibt, zu dem die zweite Spannungsquelle 32 über die Steuerleitung 42 von -30 V auf +30 V umgeschaltet wird. Daher fließt ab dem Zeitpunkt ti statt eines negati- ven Stroms ein positiver Strom durch das äußere Gitter 18.During the period between times t 0 and ti flows through the ammeter 34, a negative current U G , which remains constant until the time at which the second voltage source 32 is switched via the control line 42 from -30 V to +30 V. Therefore, instead of a negative current, a positive current flows through the outer grid 18 from the time ti.
Im Zeitabschnitt t0 bis t-i werden die im äußeren Plasma um den Satelliten befindlichen Photoelektronen vom äußeren Gitter 18 abgestoßen. Die sowohl im äußeren Gitter 18 als auch im inne- ren Gitter 14 gebildeten Photoelektronen werden ebenfalls vom äußeren Gitter 18 abgestoßen, so dass im äußeren Gitter 14 der in Fig. 3 veranschaulichte negative Strom fließt.In the time interval t 0 to ti, the photoelectrons located in the outer plasma around the satellite are repelled by the outer grating 18. The photoelectrons formed both in the outer grid 18 and in the inner grid 14 are likewise repelled by the outer grid 18, so that the negative current illustrated in FIG. 3 flows in the outer grid 14.
Nach der Umschaltung der Spannung UaG zum Zeitpunkt t-i auf +30 V und Halten dieser Spannung während des Zeitraums von beispielsweise 30 Sekunden bis zum Zeitpunkt t2 werden die im äußeren Gitter 18 gebildeten Photoelektronen angezogen, und der Photoelektronenstromanteil aus dem äußeren Gitter 18 geht gegen null. Ein Teil der im inneren Gitter 14 gebildeten Photoelektronen fließt ebenfalls aufs äußere Gitter 18. Darüber hinaus werden nunmehr Elektronen der den Satelliten umgebenden E- lektronenwolke angezogen, so dass im äußeren Gitter 18 zwischen den Zeitpunkten ti und X2 ein konstanter positiver Strom fließt.After switching the voltage U aG at the time ti to +30 V and holding this voltage during the period of, for example, 30 seconds to the time t 2 are in the outer grating 18 formed photoelectrons attracted, and the Photoelektronenstromanteil from the outer grid 18 goes to zero. A portion of the photoelectrons formed in the inner grid 14 also flows to the outer grid 18. In addition, now electrons are attracted to the lektronenwolke surrounding the satellite, so that in the outer grid 18 between the times ti and X 2, a constant positive current flows.
Wenn die Spannung UaG , wie in Fig. 3 erkennbar, nach dem steilen Anstieg auf 30 V und einer Haltezeit zwischen den Zeitpunkten t-i und X2 langsam bis zum Zeitpunkt t3 auf den ursprünglichen Wert wieder abfällt, gelangt ein immer kleiner werdender Teil von Elektronen vom inneren Gitter 14 zum äußeren Gitter 18, da diese mit gleichmäßig abnehmender Spannung UaG zurückgedrängt werden und nach einem Abfallen der Spannung UaG unter +25 V nur noch vernachlässigbar zum Strom beitragen.If the voltage U aG , as seen in Fig. 3, after the steep rise to 30 V and a holding time between the times ti and X 2 slowly until the time t 3 to the original value drops again, gets an ever smaller part of Electrons from the inner grid 14 to the outer grid 18, since these are pushed back with uniformly decreasing voltage U aG and only contribute negligibly to the current after a drop of the voltage U aG below + 25V.
Die Analyse des Stromes laG lässt durch Auswerten des Maximalwertes 44 und bei UaG = +25 V eine Erfassung der Aufladung des Satelliten zu, und durch Auswerten der abfallenden Flanke 46 ab dem Zeitpunkt X2 eine Erfassung der Energieverteilung und Dichte der Elektronen in der Elektronenwolke um den Satelliten.By analyzing the maximum value 44 and at U aG = + 25 V, the analysis of the current I aG allows a detection of the charging of the satellite, and by evaluating the falling edge 46 from the time X 2 a detection of the energy distribution and density of the electrons in the Electron cloud around the satellite.
Wenn nach einem Zeitraum von beispielsweise einer Minute nach der Zeit X2 der Zeitpunkt t3 erreicht ist, kann ein neuer Messzyklus vorbereitet und eingeleitet werden, wie in Fig. 3 durch den zweiten Zeitpunkt t0 veranschaulicht ist.If the time t 3 is reached after a period of, for example, one minute after the time X 2 , a new measurement cycle can be prepared and initiated, as illustrated in FIG. 3 by the second time t 0 .
Die in Fig. 3 gezeigten Spannungs- und Stromkurven definieren in der oben beschriebenen Weise einen Aufladungs-Messmodus der Messanordnung. Fig. 4 zeigt eine Messanordnung, die wie die anhand der Fig. 1 bis 3 beschriebene Messanordnung über einen Satellitenträger 10 verfügt, auf dem ein Abstandshalter 12 befestigt ist, der seinerseits zum Befestigen eines inneren Gitters 14 und eines äu- ßeren Gitters 18 dient. Die insoweit beschriebene Anordnung entspricht der im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschriebenen Anordnung.The voltage and current curves shown in FIG. 3 define a charging-measuring mode of the measuring arrangement in the manner described above. 4 shows a measuring arrangement which, like the measuring arrangement described with reference to FIGS. 1 to 3, has a satellite carrier 10 on which a spacer 12 is fastened, which in turn serves for fastening an inner grid 14 and an outer grid 18. The arrangement described so far corresponds to the arrangement described in connection with FIGS. 1 and 2.
Zusätzlich verfügt die in Fig. 4 dargestellte Messanordnung über eine Metallkugel 50, die im Innenraum 16 des inneren Gitters 14 konzentrisch zum inneren Gitter 14 und äußeren Gitter 18 angeordnet ist. Der Abstandshalter 12 dient somit zusätzlich zur Befestigung der Metallkugel 50. Er weist eine Ausgasöffnung 52 auf.In addition, the measuring arrangement shown in Fig. 4 has a metal ball 50 which is arranged in the interior 16 of the inner grid 14 concentric with the inner grid 14 and the outer grid 18. The spacer 12 thus serves in addition to the attachment of the metal ball 50. It has a Ausgasöffnung 52.
Die Metallkugel 50 ist elektrisch vom Satellitenträger 10 isoliert und hat beispielsweise einen Außenradius von 50 mm bei einer Dicke von 1 mm.The metal ball 50 is electrically isolated from the satellite carrier 10 and has, for example, an outer radius of 50 mm at a thickness of 1 mm.
Elektrisch ist die Metallkugel 50 über eine Leitung 53 und ein Amperemeter 54 mit einer dritten Spannungsquelle 56 verbunden. Die Spannungsquelle 56 ist weiterhin mit der Masse 30 des Satelliten verbunden.Electrically, the metal ball 50 is connected via a line 53 and an ammeter 54 to a third voltage source 56. The voltage source 56 is further connected to the ground 30 of the satellite.
Das innere Gitter 14 ist über die Leitung 27 mit der bereits oben im Zusammenhang mit der Messanordnung gemäß Fig. 1 beschriebenen ersten Spannungsquelle 28 verbunden.The inner grid 14 is connected via the line 27 with the first voltage source 28 already described above in connection with the measuring arrangement according to FIG.
Das äußere Gitter 18 benötigt bei der in Fig. 4 dargestellten Messanordnung keine Spannungsquelle. Aus diesem Grunde ist die Leitung 35 mit der Masse 30 verbunden.The outer grid 18 does not require a voltage source in the measuring arrangement shown in FIG. 4. For this reason, the line 35 is connected to the ground 30.
Die Steuer- und Auswerteelektronik 38 übermittelt über die Steuerleitung 58 Steuersignale an die erste Spannungsquelle 28 und empfängt über die Messleitung 60 Informationen über die Höhe des durch das Amperemeter 54 fließenden Stromes. Nach einer Auswertung der Stromsignale erfolgt auf der Datenausgabe 40 eine Ausgabe der erfassten Messwerte für die Energieverteilung und die Dichte der Elektronen in dem Sonnenwind 55, der die Messanordnung gemäß Fig. 4 beaufschlagt.The control and evaluation 38 transmits control signals via the control line 58 to the first voltage source 28 and receives via the measuring line 60 information about the amount of current flowing through the ammeter 54 current. After a Evaluation of the current signals takes place on the data output 40 an output of the detected measured values for the energy distribution and the density of the electrons in the solar wind 55, which acts on the measuring arrangement according to FIG.
Die Funktionsweise unter Zusammenwirken der verschiedenen Komponenten der in Fig. 4 dargestellten Messanordnung im Sonnenwind-Messmodus wird nachfolgend anhand des Verlaufs der Spannungen an den drei Elektroden 14, 18 und 50 sowie dem durch die Metallkugel 50 als dritte Elektrode fließenden Strom erläutert.The operation under interaction of the various components of the measuring arrangement shown in Fig. 4 in the solar wind measuring mode will be explained below with reference to the course of the voltages across the three electrodes 14, 18 and 50 and the current flowing through the metal ball 50 as a third electrode current.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Messanordnung liegt das äußere Gitter 18 immer über die Leitung 35 auf dem Massepotenzial des Satelliten. Fig. 5 veranschaulicht diesen Sachverhalt im Zusammenhang mit der Spannung U3G, die immer 0 V beträgt.In the measuring arrangement shown in Fig. 4, the outer grid 18 is always on the line 35 at the ground potential of the satellite. Fig. 5 illustrates this situation in the context of the voltage U 3G , which is always 0V.
In Fig. 5 oben erkennt man, dass die Metallkugel 50 ebenfalls immer mit einer konstanten Spannung beaufschlagt ist, bei- spielsweise 15 V.In FIG. 5 above, it can be seen that the metal ball 50 is also always subjected to a constant voltage, for example 15 V.
Mit Hilfe der Steuer- und Auswerteelektronik 38 wird über die Signalleitung 58 ein Steuersignal zur ersten Spannungsquelle 28 geschickt, so dass diese den in Fig. 5 sägezahnförmigen Verlauf zwischen -50 V und +30 V hat. Der Spannungsimpuls UiG hat zwischen den Taktzeiten t-π und U2 beispielsweise eine Länge von 3 Minuten, und zwischen den Taktzeiten ti2 und I13 eine Länge von weniger als einer Minute.With the aid of the control and evaluation electronics 38, a control signal is sent to the first voltage source 28 via the signal line 58, so that it has the sawtooth-shaped profile in FIG. 5 between -50 V and +30 V. The voltage pulse U iG has, for example, a length of 3 minutes between the cycle times t-π and U 2 , and a length of less than one minute between the cycle times t i2 and I 13 .
Im Zeitraum zwischen den Taktzeiten t10 und tu liegt am inneren Gitter 14 eine Spannung UlG in Höhe von -50 V an. Das äußere Gitter 18 läßt Ionen und Elektronen mit Energien von mehr als 0 eV aus dem äußeren Plasma in Richtung der Oberfläche der Metallkugel 50 durch. Die Ionen werden vom inneren Gitter 14 ein- gefangen, wohingegen die Elektronen mit Energien von weniger als 50 eV das negative Potenzial von -50 V nicht überwinden können und zurückgedrängt werden. Da folglich bis zur Metallkugel 50 keine Plasmaanteile und speziell Elektronen mit weniger als 50 eV gelangen, nimmt der Strom IMK seinen Minimalwert ein, zumal die in der Metallkugel 50 gebildeten Photoelektronen von der Metallkugel 50 wieder aufgefangen werden. Im Zeitintervall zwischen den Taktzeiten tu und t12 erfolgt die in Fig. 5 veranschaulichte kontinuierliche Erhöhung der über die Leitung 27 zum inneren Gitter 14 gelangenden Spannung UiG von -50 V bis +30 V. Dabei können Elektronen mit höheren Energien das ne- gative Potenzial zunehmend überwinden, wobei der Plasmaelektronenstrom IMK durch das Amperemeter 54 und die Metallkugel 50 bis zu einem Maximalwert ansteigt, der in Fig. 5 bei einer Spannung UiG von etwa +15 V erreicht wird.In the period between the cycle times t 10 and tu, a voltage U lG of -50 V is applied to the inner grating 14. The outer grating 18 transmits ions and electrons having energies of more than 0 eV from the outer plasma toward the surface of the metal ball 50. The ions are trapped by the inner lattice 14, whereas the electrons with energies less than 50 eV do not overcome the negative potential of -50V can and can be pushed back. Since consequently no plasma components and especially electrons with less than 50 eV reach the metal ball 50, the current I MK assumes its minimum value, especially since the photoelectrons formed in the metal ball 50 are picked up again by the metal ball 50. In the time interval between the clock times tu and t 12 , the continuous increase of the voltage U iG from the line 27 to the internal grating 14, illustrated in FIG. 5, is from -50 V to +30 V. In this case, electrons with higher energies can be the negative Overcome potential increasingly, the plasma electron current IMK through the ammeter 54 and the metal ball 50 increases to a maximum value, which is achieved in Fig. 5 at a voltage U iG of about +15 V.
Bei einem weiteren Anstieg der Spannung UiG von +15 V auf +30 V werden zunehmend Plasmaelektronen mit niedrigeren Energien vom inneren Gitter 14 abgefangen, weshalb der Plasmaanteil im Strom IMK am Ende des Zeitintervalls zwischen ^1 und t12 wieder abnimmt. Die Beiträge von Photoelektronen der Metallkugel 50 können aus Messungen im weiter unten beschriebenen Spektrometer-Messmodus für Spannungsdifferenzen von UMK und UjG ermittelt und zur Korrektur herangezogen werden.With a further increase of the voltage U iG from +15 V to +30 V, plasma electrons with lower energies are increasingly intercepted by the inner lattice 14, which is why the plasma component in the current I MK decreases again at the end of the time interval between ^ 1 and t 12 . The contributions of photoelectrons of the metal sphere 50 can be determined from measurements in the spectrometer measuring mode described below for voltage differences of UMK and Uj G and used for correction.
Der in Fig. 5 in der unteren Kurve erkennbare Maximalwert 62 von IMK ist ein Maß für die Elektronendichte im Sonnenwind 55. Die Auswertung der Messkurve lMκ im Bereich zwischen dem Zeitpunkt ^1 und dem kurz vor t12 liegenden Maximum 62 gestattet eine Quantifizierung der Energieverteilung der Elektronen aus dem Sonnenwind 55 beziehungsweise der suprathermischen Elektronen aus der Ionosphäre oder der Photoelektronenwolke um den Satelliten sowie die Elektronentemperatur des den Satelliten umgebenden Plasmas. Mit der beschriebenen Anordnung ist es daher auch möglich, koronale Massenausbrüche der Son- ne zu erfassen. Die Energie der Elektronen des Sonnenwindes 55 übertrifft die Energiewerte der übrigen Elektronen wie des ionosphärischen Plasmas und der Photoelektronen derart, dass die entsprechenden Stromwerte von letzteren bei den Messungen mit der gleich- förmigen Änderung der Spannung von UiG getrennt analysiert und unterschiedlichen Quellen zugeordnet werden können.The maximum value 62 of IMK which can be recognized in the lower curve in FIG. 5 is a measure of the electron density in the solar wind 55. The evaluation of the measurement curve l M κ in the range between the instant ^ 1 and the maximum 62 lying shortly before t 12 permits a quantification the energy distribution of the electrons from the solar wind 55 or the suprathermal electrons from the ionosphere or the photoelectron cloud around the satellite as well as the electron temperature of the plasma surrounding the satellite. With the arrangement described, it is therefore also possible to detect coronal mass bursts of the sun. The energy of the electrons of the solar wind 55 surpasses the energy values of the other electrons, such as the ionospheric plasma and the photoelectrons, so that the corresponding current values of the latter can be separately analyzed in the measurements with the uniform change in the voltage of U iG and assigned to different sources ,
Die Steuer- und Messelektronik 38 enthält Programme für die erforderlichen Berechnungen oder aber diejenigen Daten, die es gestatten, die Messanordnung zu kalibrieren und aufgrund dieser Werte die gesuchten Messdaten zu ermitteln.The control and measuring electronics 38 contain programs for the required calculations or those data which allow to calibrate the measuring arrangement and to determine the sought measurement data on the basis of these values.
Fig. 6 zeigt eine Spektrometer-Messanordnung für einen Spek- trometer-Messmodus. Die Messanordnung gemäß Fig. 6 dient der Erfassung einer extrem ultravioletten Strahlung 68 und hat einen mechanischen Aufbau, der im wesentlichen dem im Zusammenhang mit Fig. 4 beschriebenen Aufbau entspricht. Daher sind für entsprechende Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet worden.6 shows a spectrometer measuring arrangement for a spectrometer measuring mode. The measuring arrangement according to FIG. 6 serves to detect an extreme ultraviolet radiation 68 and has a mechanical structure which substantially corresponds to the structure described in connection with FIG. 4. Therefore, the same reference numerals have been used for corresponding components.
Im Unterschied zu der Messanordnung gemäß Fig. 4 verfügt die zum Spektrometer-Messmodus vorgesehene Messanordnung gemäß Fig. 6 über eine zweite Spannungsquelle 32, die bereits aus der in Fig. 1 dargestellten Messanordnung bekannt ist. Die zweite Spannungsquelle 32 ist über die Leitung 35 unmittelbar und ohne Amperemeter mit dem äußeren Gitter 18 verbunden.In contrast to the measuring arrangement according to FIG. 4, the measuring arrangement provided for the spectrometer measuring mode according to FIG. 6 has a second voltage source 32, which is already known from the measuring arrangement shown in FIG. The second voltage source 32 is connected via the line 35 directly and without ammeter to the outer grid 18.
Die erste Spannungsquelle 28 ist im Unterschied zur Anordnung nach Fig. 4 unter Zwischenschalten eines Amperemeters 64 ü- ber die Leitung 27 mit dem inneren Gitter 14 verbunden.In contrast to the arrangement according to FIG. 4, the first voltage source 28 is connected to the inner grid 14 via the line 27 with the interposition of an ammeter 64.
Die aus der in Fig. 4 bekannte dritte Spannungsquelle 56 ist ohne Zwischenschalten eines Amperemeters über die Leitung 53 mit der Metallkugel 50 verbunden. Abweichend von dem in Fig. 4 dargestellten elektrischen Schaltbild verfügt die dritte Spannungsquelle 56 im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 über einen Steuereingang, so dass die Steuer- und Auswerteelektronik 38 über eine Steuerleitung 66 die von der dritten Spannungsquelle 56 der Metallkugel 50 zugeführte Spannung je nach der aktuellen Messphase verändern kann.The third voltage source 56 known from FIG. 4 is connected to the metal ball 50 via the line 53 without the interposition of an ammeter. Notwithstanding the electrical circuit diagram shown in FIG. 4, the third voltage source 56 in the embodiment of FIG. 6 has a Control input, so that the control and evaluation 38 via a control line 66, the voltage supplied by the third voltage source 56 of the metal ball 50 voltage can change depending on the current measurement phase.
Die Funktion der Messanordnung gemäß Fig. 6 ist in Fig. 7 verdeutlicht, die den Verlauf der Spannungen an den drei kugelförmigen Elektroden, nämlich den beiden Gittern 14, 18 und der Metallkugel 50, sowie den Stromverlauf zum inneren Gitter 14 während verschiedener Zeitintervalle zeigt.The function of the measuring arrangement according to FIG. 6 is illustrated in FIG. 7, which shows the course of the voltages at the three spherical electrodes, namely the two gratings 14, 18 and the metal ball 50, as well as the current profile to the inner grid 14 during different time intervals.
Die am inneren Gitter 14 liegende Spannung ist konstant und hat bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen Wert von etwa +25 V. Die von der dritten Spannungsquelle 56 gelieferte Spannung ist im Zeitintervall t2o bis t2i konstant bei -30 V und hat im Zeitintervall t2i bis t22 den in Fig. 7 oben gezeigten sägezahnförmigen Verlauf zwischen -30 V und +30 V. Das Zeitintervall zwischen den Zeitpunkten t2i und t22 währenddessen die Metallkugel 50 mit einer kontinuierlich ansteigenden Spannung UMK versorgt wird, beträgt beispielsweise 3 Minuten.The voltage applied to the inner grid 14 is constant and in the embodiment shown has a value of about +25 V. The voltage delivered by the third voltage source 56 is constant at -30 V in the time interval t 2 o to t 2 i and has in the time interval t 2 i to t 22 the sawtooth waveform shown in Fig. 7 above between -30 V and +30 V. The time interval between the times t 2 i and t 22 while the metal ball 50 is supplied with a continuously increasing voltage U MK , is for example 3 minutes.
Am äußeren Gitter 18 liegt über die Leitung 35 eine ebenfalls zwischen -30 V und +30 V veränderbare Spannung UaG, die den in Fig. 7 gezeigten impulsförmigen Verlauf hat und im Zeitinter- vall zwischen den Zeitpunkten t24 und t25 ihren konstanten Maximalwert 69 von 30 V annimmt. Nach dem Zeitpunkt t25 fällt die am äußeren Gitter 18 liegende Spannung UaG wieder auf -30V ab, wobei jedoch das Abfallen der Spannung auf -30 V wesentlich langsamer geschieht als die Veränderung beim Anstieg zum Zeitpunkt t24 ist.On the outer grid 18 is via the line 35 a likewise variable between -30 V and +30 V variable voltage U aG , which has the pulse shape shown in Fig. 7 and in the time interval between the times t 24 and t 25 their constant maximum value 69 of 30 V accepts. After the time t 25 , the voltage U aG on the outer grid 18 drops again to -30V, but the voltage drop to -30 V is much slower than the change in the rise time t 24 .
Um die extrem ultraviolette Strahlung, die in Fig. 6 durch die Linien 68 veranschaulicht ist, zu analysieren, wird mit Hilfe der Messanordnung gemäß Fig. 6 der in der Leitung 27 fließende und durch das Amperemeter 64 gemessene Strom liG gemessen und in der Steuer- und Auswerteelektronik 38 ausgewertet. Während des Zeitraumes zwischen den Zeitpunkten t2o und t21 werden alle aus der Metallkugel 50 infolge eines Photoeffekts der extrem ultravioletten Strahlung 68 frei werdenden Photoelektronen auf das innere Gitter 14 gezogen, wo sie einen positi- ven Stromwert liG verursachen, der in Fig. 7 unten dargestellt ist.In order to analyze the extreme ultraviolet radiation illustrated by lines 68 in Fig. 6, the current I iG flowing in line 27 and measured by the ammeter 64 is measured by means of the measuring arrangement shown in Fig. 6 and in the control - And evaluation 38 evaluated. During the period between times t 2 o and t 21 are all drawn from the metal ball 50 due to a photoelectric effect of the extreme ultraviolet radiation 68 released photoelectrons onto the inner screen 14, where they cause a positive ven current value l iG shown in Fig 7 is shown below.
Elektronen aus dem die Messanordnung umgebenden Plasma werden aufgrund der am äußeren Gitter 18 liegenden Spannung UaG von -30 V ins Plasma nach außen zurückgedrängt. Ionen aus dem äußeren Plasma werden von dem äußeren Gitter 18 abgefangen. Ein Teil der im äußeren Gitter 18 ausgelösten Photoelektronen trägt ebenfalls zum Strom liG bei, der in Fig. 7 als Untergrundstrom 70 gestrichelt markiert ist.Electrons from the plasma surrounding the measuring arrangement are forced back outward into the plasma due to the voltage U aG of -30 V lying on the outer grid 18. Ions from the outer plasma are trapped by the outer grid 18. A portion of the photoelectrons triggered in the outer grid 18 also contributes to the current I iG , which is marked in dashed lines in FIG. 7 as background current 70.
Der Strom liG nimmt aufgrund der erwähnten Spannungsverhältnisse im Zeitintervall zwischen den Zeitpunkten t20 und t2i seinen Maximalwert ein, wobei sich dieser aus der Summe der Photoelektronenströme der Metallkugel 50 und zu einem geringeren Anteil der Photoelektronenströme vom äußeren Gitter 18 zu- sammensetzt.The current l iG increases due to the above-mentioned voltage conditions in the time interval between times t 20 and t 2 i its maximum value a, which also supply sammensetzt the sum of the photoelectron currents of the metal ball 50 and to a lesser extent the photoelectron currents from the outer grid 18th
In Fig. 7 erkennt man, dass die Steuer- und Auswerteeinheit 38 zum Zeitpunkt t2i einen Anstieg der Spannung UMK an der Metallkugel 50 auslöst. Während des Anstiegs der Spannung UMK im Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t2i und t22 tragen zunehmen nur höher energetische von energiereichen Photonen im Spektrum der extrem ultravioletten Strahlung 68 stammende Photoelektronen aus der Metallkugel 50 zum Strom liG bei. Der Strom liG nimmt ab. Während des Zeitintervalls zwischen den Zeitpunkten t22 bis t23 wird die Spannung UMκ kontinuierlich auf ihren Ausgangswert von -30 V reduziert und bleibt dann konstant.In FIG. 7 it can be seen that the control and evaluation unit 38 triggers an increase in the voltage U MK at the metal ball 50 at the time t 2 i. During the rise of the voltage U MK in the period between the times t 2 i and t 22 , only higher energy photons from the metal sphere 50 originating from high-energy photons in the spectrum of the extreme ultraviolet radiation 68 contribute to the current I g . The current I iG decreases. During the time interval between the times t 22 to t 23 , the voltage U M κ is continuously reduced to its initial value of -30 V and then remains constant.
Der durch die vom äußeren Gitter 18 frei werdenden und eben- falls auf das innere Gitter 14 auftreffenden Photoelektronen verursachte Messfehler ist aufgrund der weitaus kleineren effektiven Fläche des äußeren Gitters 18 gegenüber der Oberfläche der Metallkugel 50 relativ klein und durch die Linie des Untergrundstroms 70 in Fig. 7 veranschaulicht.The measurement error caused by the photoelectrons released by the outer grid 18 and also striking the inner grid 14 is due to the far smaller effective Surface of the outer grid 18 relative to the surface of the metal ball 50 is relatively small and illustrated by the line of the underground flow 70 in Fig. 7.
Um den Messfehler zu ermitteln, wird die Spannung UaG am äußeren Gitter 18 während des Zeitintervalls zwischen den Zeitpunkten t24 und t impulsförmig von -30 V auf 30 V erhöht. Dadurch werden die vom äußeren Gitter 18 ausgehenden Photoelektronen vom äußeren Gitter 18 wieder eingefangen und min- dem den maximalen Stromwert 72 auf einen geringeren Stromwert 74, der in der StromMesskurve für liG als kurzer Einbruch in Fig. 7 übertrieben eingezeichnet ist. Die Verringerung auf den geringeren Stromwert 74, ausgehend vom maximalen Stromwert 72, gestattet es, durch Bestimmen der Stromdifferenz beider Messungen den Wert für die Korrektur des Maximalwertes zu ermitteln.In order to determine the measurement error, the voltage U aG at the outer grid 18 is increased in pulses from -30 V to 30 V during the time interval between the times t 24 and t . As a result, the photoelectrons emanating from the outer grid 18 are recaptured by the outer grid 18, and the maximum current value 72 is reduced to a lower current value 74, which is exaggerated in the current measurement curve for I g as a brief dip in FIG. The reduction to the lower current value 74, starting from the maximum current value 72, makes it possible to determine the value for the correction of the maximum value by determining the current difference of both measurements.
Die Auswertung der für den Beitrag der Photoelektronen vom äußeren Gitter korrigierten Stromkurve liG führt zur Quantifizie- rung des Spektrums der einfallenden extrem ultravioletten Strahlung 68. Der Verlauf der Stromkurve 76 im Zeitintervall zwischen den Zeitpunkten t2i und t22 erlaubt es, mit Hilfe der Steuer- und Auswerteelektronik 38 den Gesamtfluß der Photoelektronen, die von der extrem ultravioletten Strahlung 68 aus der Metallkugel 50 gelöst werden, zu bestimmen. Weiterhin gestattet es dieThe evaluation of corrected for the contribution of the photoelectrons from the outer grid current curve l iG leads to quantify the spectrum of incident extreme ultraviolet radiation 68. The profile of the current curve 76 in the time interval between the time points t 2 i and t 22 allows using the control and evaluation electronics 38 to determine the total flow of the photoelectrons, which are released from the extreme ultraviolet radiation 68 from the metal ball 50. Furthermore, it allows the
Steuer- und Auswerteelektronik 38, aus dem Verlauf der Stromkurve 76 durch Berechnungen oder aufgrund von Kalibrierungen die Energieverteilung der Photoelektronen zu erfassen, die durch die Photonen der extrem ultravioletten Strahlung 68 frei gewor- den sind.Control and evaluation electronics 38, from the course of the current curve 76 by calculations or due to calibrations to detect the energy distribution of the photoelectrons that have been released by the photons of the extreme ultraviolet radiation 68.
Die zusätzliche Messung des Stromverlaufs ljG während des Zeitintervalls zwischen den Zeitpunkten t25 und t20 stellt für die Auswertung für jeden Spannungswert UaG einen entsprechenden Korrekturwert zur Verfügung. Diese Feinkorrektur dient der Überwachung des möglichen Einflusses außergewöhnlich starker, von der Sonne ausgehender Störungen auf die Messwerte. Die Steuer- und Auswerteelektronik 38 gestattet es, aus dem zeitlichen Verlauf des Stromes zum inneren Gitter 14 im Zeitin- tervall zwischen t25 und t2o die Energieverteilung der Photoelektronen des äußeren Gitters 18 zu ermitteln.The additional measurement of the current profile lj G during the time interval between times t 25 and t 20 provides a corresponding correction value for the evaluation for each voltage value U aG . This fine correction is used for Monitoring the possible influence of exceptionally strong, sun-based disturbances on the measured values. The control and evaluation electronics 38 make it possible to determine the energy distribution of the photoelectrons of the outer grid 18 from the time profile of the current to the inner grid 14 in the time interval between t 25 and t 2 o.
Fig. 8 veranschaulicht eine Messanordnung, in der die im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 7 erörterten Messanordnungen und Messmethoden in einer Messanordnung zusammengeführt sind. Die Anordnung gemäß Fig. 8 gestattet es, solare extrem ultraviolette Strahlung 68, den Sonnenwind 55, die Aufladung eines Satelliten sowie eintreffende Korpuskular- und Gammastrahlung 78 zu erfassen.8 illustrates a measuring arrangement in which the measuring arrangements and measuring methods discussed in connection with FIGS. 1 to 7 are brought together in a measuring arrangement. The arrangement according to FIG. 8 makes it possible to detect solar extreme ultraviolet radiation 68, the solar wind 55, the charging of a satellite as well as incoming corpuscular and gamma radiation 78.
In Fig. 8 sind bereits bekannten Komponenten mit den oben erwähnten Bezugszeichen versehen. Zusätzlich verfügt die in Fig. 8 dargestellte Messanordnung im Innern der Metallkugel 50 über Szintillationskristalle 80, die durch die Schraffuren veranschau- lichte unterschiedliche Eigenschaften haben. Den Szintillati- onskristallen 80 sind jeweils optische Detektoren 82 zugeordnet, um die von kosmischer Strahlung 78 in den Szintillationskristal- len 80 ausgelösten Lichtsignale zu empfangen.In Fig. 8 already known components are provided with the above-mentioned reference numerals. In addition, the measuring arrangement shown in FIG. 8 has inside the metal ball 50 scintillation crystals 80 which have different properties as illustrated by the hatchings. The scintillation crystals 80 are each assigned optical detectors 82 in order to receive the light signals triggered by cosmic radiation 78 in the scintillation crystals 80.
Durch die Abstimmung des Materials, der Metallkugel 50, ihrer Wandstärke, eventuell regelmäßig verteilter metallbeschichteter Fenster in der Metallkugel 50 und der Wellenlängenempfindlichkeit der optischen Detektoren 82 können auch Komponenten der kosmischen Strahlen mit Hilfe der Szintillationselektronik 84 ge- messen und ausgewertet werden. Die Szintillationselektronik 84 ist durch Leitungen 86 und 88 mit der Steuer- und Auswerteelektronik 38 verbunden. Eingangssignale enthält die Szintillationselektronik 84 über Leitungen 90, 92, die die elektrischen Signale der jeweils zugeordneten optischen Detektoren 82 aus dem Innern der Metallkugel 50 zur Szintillations-Elektronik 84 weiterleiten. Abschließend soll noch erwähnt werden, dass die Metallkugel 50 nicht notwendigerweise eine ideale sphärische Oberfläche haben muss. Sie kann beispielsweise eine Facettenkugel oder auch eine mit kleineren Flachspiegeln besetzte Anordnung sein. Im Extremfall kann auch eine annähernd raumsymmetrische, z. B. würfelförmige Geometrie angewendet werden, wodurch die Genauigkeit der Messungen allerdings sehr stark eingeschränkt wird. By matching the material, the metal ball 50, its wall thickness, possibly regularly distributed metal-coated window in the metal ball 50 and the wavelength sensitivity of the optical detectors 82, components of the cosmic rays can also be measured and evaluated with the aid of the scintillation electronics 84. The scintillation electronics 84 is connected by lines 86 and 88 to the control and evaluation 38. The scintillation electronics 84 contain input signals via lines 90, 92, which forward the electrical signals of the respective associated optical detectors 82 from the interior of the metal ball 50 to the scintillation electronics 84. Finally, it should be mentioned that the metal ball 50 does not necessarily have to have an ideal spherical surface. It may, for example, be a facet ball or even an arrangement with smaller flat mirrors. In extreme cases, an approximately space-symmetric, z. B. cubic geometry can be applied, whereby the accuracy of the measurements, however, is very limited.

Claims

Patentansprüche claims
1. Messanordnung zur Erfassung von Umgebungsparametem und von Betriebsparametern für ein unter Vakuumbedin- gungen im Weltraum oder im Labor arbeitendes Gerät, insbesondere eines im Weltraum einem Sonnenwind und einer extrem ultravioletten Strahlung ausgesetzten und sich dadurch elektrisch aufgeladenden Flugkörpers, dadurch gekennzeichnet, dass der Flugkörper (10) einen isolierenden Abstandshalter (12) aufweist, an dem als erste Elektrode ein erstes inneres elektrisch leitendes Gitter (14), das einen Innenraum (16) umschließt, und als zweite Elektrode ein zweites äußeres Gitter (18), das das innere Gitter (14) umschließt, voneinander isoliert befestigt sind, wobei das inne- re Gitter (14) und das äußere Gitter (18) mit einem vorherbestimmten Gitterpotenzial (27, 32) beaufschlagbar sind und der zum Flugkörper (10) fließende Strom in Abhängigkeit vom jeweiligen Potenzial der Elektroden (14, 18) zur Gewinnung von Daten, insbesondere Weltraumwetterdaten, auswertbar ist.1. A measuring arrangement for detecting environmental parameters and operating parameters for a vacuum or space operating in the laboratory device, in particular a space-exposed solar wind and an extremely ultraviolet radiation and thereby electrically charged missile, characterized in that the missile ( 10) comprises an insulating spacer (12) on which as the first electrode a first inner electrically conductive grid (14), which encloses an inner space (16), and as a second electrode, a second outer grid (18), the inner grid ( 14) are enclosed, isolated from one another, wherein the inner grid (14) and the outer grid (18) can be acted on by a predetermined grid potential (27, 32) and the current flowing to the missile (10) depending on the respective potential the electrodes (14, 18) for obtaining data, in particular space weather data, can be evaluated.
2. Messanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gitter einen elektrisch leitenden Hohlkörper (50) als dritte Elektrode umschließen, dessen Potenzial e- benfalls auf einen vorherbestimmbaren Wert (56) einstellbar ist.2. Measuring arrangement according to claim 1, characterized in that the two grids enclose an electrically conductive hollow body (50) as a third electrode whose potential e- benfalls to a predetermined value (56) is adjustable.
3. Messanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitter (14, 18) und der elektrisch leitende Hohlkörper (50) als drei konzentrisch angeordnete Elektroden mit im wesentlichen kugelförmiger Gestalt ausgebildet sind.3. Measuring arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the grids (14, 18) and the electrically conductive hollow body (50) are formed as three concentrically arranged electrodes having a substantially spherical shape.
4. Messanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitter jeweils als sphäri- sches doppellagiges Gitter aus zwei Netzgittern (20, 22; 24, 26) mit hoher optischer Transmission ausgebildet sind.4. Measuring arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the lattice each as a spherical a double-layered lattice is formed from two mesh gratings (20, 22, 24, 26) with high optical transmission.
5. Messanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn- zeichnet, dass im Inneren des kugelförmigen Hohlkörpers5. Measuring arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that in the interior of the spherical hollow body
(50) auf kosmische Strahlung, insbesondere Korpuskularstrahlung und Gammastrahlung ansprechende Szintillati- onskristalle (80) angeordnet sind, deren Licht von wenigstens einem optischen Detektor (82) im Hohlkörper erfassbar ist.(50) on cosmic radiation, in particular corpuscular radiation and gamma radiation responsive Szintillati- onskristalle (80) are arranged, the light from at least one optical detector (82) is detectable in the hollow body.
6. Messanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Elektroden (14, 18, 50) über Strommesseinrichtungen (34, 54, 64) mit ihren zu- geordneten Spannungsquellen (28, 32, 56) für die Bereitstellung der vorbestimmten Potenziale verbunden sind.6. Measuring arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the three electrodes (14, 18, 50) via current measuring means (34, 54, 64) with their associated voltage sources (28, 32, 56) for the provision of the predetermined Potentials are connected.
7. Verfahren zur Erfassung der elektrischen Aufladung eines durch extrem ultraviolette Strahlung aufgeladenen Körpers, insbesondere eines dem Sonnenlicht ausgesetzten Raumflugkörpers, mit Hilfe einer Messanordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Gitter an eine konstante positive Spannung gelegt wird und das äußere Gitter an eine negative Span- nung angeschlossen wird, die impulsförmig mit einer steilen7. A method for detecting the electrical charge of an ultra-ultraviolet radiation charged body, in particular a spaceflight exposed to sunlight, with the aid of a measuring arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the inner grid is placed at a constant positive voltage and the outer Grid is connected to a negative voltage, the pulse-shaped with a steep
Flanke auf einen positiven Wert erhöht wird und im An- schluss daran mit einer flachen Flanke auf den ursprünglichen negativen Wert wieder abfällt, wobei der während des Impulses auftretende maximale Strom im äußeren Gitter als Maß der Aufladung des Körpers und der zeitliche Verlauf des Stromabfalls während der abfallenden Flanke des Spannungsimpulses zur Bestimmung der Dichte und Energieverteilung der durch Photoelektronen gebildeten Elektronenwolke um den Flugkörper auswertbar ist. Flank is raised to a positive value and then decreases again with a flat edge to the original negative value, wherein the occurring during the pulse maximum current in the outer grid as a measure of the charge of the body and the time course of the current drop during the falling edge of the voltage pulse for determining the density and energy distribution of the electron cloud formed by photoelectrons is evaluable around the missile.
8. Verfahren zur Erfassung von Plasmaparametem, insbesondere des Sonnenwindes im Weltall mit Hilfe einer Messanordnung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Gitter auf Massepotenzial und die dritte Elektrode auf ein festes positives Potenzial gelegt wird, und dass während eines Spannungsanstiegs am inneren Gitter ausgehend von einer negativen Spannung zu einer positiven Spannung der Strom durch die dritte Elektrode erfaßt und ausgewertet wird, indem aus der ma- ximalen Amplitude des Stromes der dritten Elektrode die8. A method for detecting Plasmaparametem, in particular of the solar wind in space by means of a measuring arrangement according to one of claims 2 to 6, characterized in that the outer grid is connected to ground potential and the third electrode to a fixed positive potential, and that during a Voltage rise at the inner grid, starting from a negative voltage to a positive voltage, the current through the third electrode is detected and evaluated by the maximum amplitude of the current of the third electrode from the
Dichte der Elektronen des Sonnenwindes und aus dem Verlauf des Anstieges des Stromes der dritten Elektrode die Energieverteilung der Elektronen des Sonnenwindes bestimmt wird.Density of the electrons of the solar wind and from the course of the increase of the current of the third electrode the energy distribution of the electrons of the solar wind is determined.
9. Verfahren zur Quantifizierung des Spektrums einer ultravioletten Strahlung mit Hilfe einer Messanordnung gemäß Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Gitter mit einer konstanten positiven Spannung beauf- schlagt wird und der abfallende Strom durch das innere Gitter bei negativ konstant bleibender Spannung am äußeren Gitter während eines Ansteigens der Spannung an der dritten Elektrode ausgehend von einem maximalen negativen Wert auf einen maximalen positiven Wert auswertbar ist, um die Energieverteilung der Photonen der Strahlung zu erfassen, und dass zur Reduzierung des Messfehlers die hohe negative feste Spannung am äußeren Gitter anschließend kurzzeitig auf eine hohe positive Spannung erhöht wird, um aus dem dann abfallenden Strom im inneren Gitter einen Wert für die Korrektur des Maximalwertes zu erreichen, und dass während des Abfallens der Spannung am äußeren Gitter vom kurzzeitigen positiven Maximalwert auf die hohe negative feste Spannung das erneute Ansteigen des Stromes im inneren Gitter ausgewertet wird, um einen Feinkor- rekturwert zu ermitteln. 9. A method for quantifying the spectrum of ultraviolet radiation by means of a measuring arrangement according to claim 2 to 6, characterized in that the inner grid is acted upon by a constant positive voltage and the falling current through the inner grid at negative voltage remains constant outer grating during a rise of the voltage at the third electrode from a maximum negative value to a maximum positive value is evaluable to detect the energy distribution of the photons of the radiation, and that to reduce the measurement error, the high negative fixed voltage at the outer grid subsequently is briefly increased to a high positive voltage to reach from the then falling current in the inner grid a value for the correction of the maximum value, and that during the fall of the voltage at the outer grid of the short-term positive maximum value to the high negative fixed voltage is again evaluated in the inner grid to determine a Feinkor- rkturwert.
10. Verfahren zur Erfassung der Korpuskularstrahlung und der Gammastrahlung im Weltraum mit Hilfe einer Messanord- nung nach Anspruch 5.10. A method for detecting the corpuscular radiation and the gamma radiation in space by means of a Messanord- according to claim 5.
11. Navigationssatellit mit einer Messanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.11. navigation satellite with a measuring arrangement according to one of claims 1 to 6.
12. Verfahren zum Auswerten der Signale eines Navigationssatelliten, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Genauigkeit Korrekturberechnungen durchgeführt werden, deren Ausgangsparameter mit Hilfe eines der Verfahren nach Anspruch 7 bis 10 bestimmt werden. 12. A method for evaluating the signals of a navigation satellite, characterized in that to increase the accuracy of correction calculations are performed whose output parameters are determined using one of the method according to claim 7 to 10.
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