航天器結(jié)構(gòu)電位主動(dòng)控制裝置及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種航天器結(jié)構(gòu)電位主動(dòng)控制裝置及其控制方法，該裝置包括朗繆爾探針，空心陰極，引出電極；所述朗繆爾探針設(shè)置在所述空心陰極的一側(cè)，所述朗繆爾探針設(shè)置在航天器結(jié)構(gòu)的外壁上，所述空心陰極設(shè)置在所述航天器結(jié)構(gòu)的外部，所述空心陰極地與航天器結(jié)構(gòu)地連接，所述引出電極相對(duì)于所述空心陰極的噴口設(shè)置，所述引出電極連接電源。該控制方法包括，開啟朗繆爾探針，獲取航天器結(jié)構(gòu)電位，然后控制空心陰極和引出電極向空間發(fā)射電子，從而控制航天器結(jié)構(gòu)電位。本發(fā)明的有益效果是：可以快速降低航天器結(jié)構(gòu)電位；可以將航天器結(jié)構(gòu)電位保持在0V左右；可以通過改變氣體流量和引出電極電位，適應(yīng)不同軌道和結(jié)構(gòu)的航天器的結(jié)構(gòu)電位控制需求。
【專利說明】航天器結(jié)構(gòu)電位主動(dòng)控制裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航天器空間環(huán)境效應(yīng)防護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種航天器結(jié)構(gòu)電位主動(dòng)控制裝置及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]航天器在軌運(yùn)行時(shí)，會(huì)與空間等離子體和高能電子等環(huán)境相互作用發(fā)生靜電電荷積累。在航天器設(shè)計(jì)時(shí)，一般將其整體金屬框架結(jié)構(gòu)當(dāng)做電路中的“地”，稱為“結(jié)構(gòu)地”，其電位即為“地電位”。但空間中的“O電位”一般指航天器周圍等離子體的電位，而由于航天器作為一個(gè)整體懸浮在空間中，電荷積累在結(jié)構(gòu)地中會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)地電位升高偏離“O電位”。航天器的結(jié)構(gòu)地相對(duì)于空間等離子體的電位即稱為結(jié)構(gòu)電位。
[0003]結(jié)構(gòu)電位漂移會(huì)影響衛(wèi)星測量系統(tǒng)和測控系統(tǒng)的正常工作，造成測量結(jié)果誤差和測控?cái)?shù)據(jù)紊亂。因此，對(duì)于測量和測控精度要求較高的航天器必須對(duì)其結(jié)構(gòu)電位加以控制。
[0004]國外的研究和在軌試驗(yàn)結(jié)果，已經(jīng)證明主動(dòng)向空間發(fā)射電子是目前唯一能夠?qū)⒑教炱鹘Y(jié)構(gòu)電位在短時(shí)間內(nèi)控制在“O電位”附近的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在下文中給出關(guān)于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。
[0006]本發(fā)明實(shí)施例的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種能夠快速降低航天器結(jié)構(gòu)電位的航天器結(jié)構(gòu)電位主動(dòng)控制裝置。
[0007]本發(fā)明還提供一種航天器結(jié)構(gòu)電位主動(dòng)控制方法。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
[0009]一種航天器結(jié)構(gòu)電位主動(dòng)控制裝置，包括朗繆爾探針，空心陰極，引出電極；所述朗繆爾探針設(shè)置在所述空心陰極的一側(cè)，所述朗繆爾探針設(shè)置在航天器結(jié)構(gòu)的外壁上，所述空心陰極設(shè)置在所述航天器結(jié)構(gòu)的外部，所述空心陰極地與航天器結(jié)構(gòu)地連接，所述引出電極相對(duì)于所述空心陰極的噴口設(shè)置，所述引出電極連接電源。
[0010]本發(fā)明還提供一種航天器結(jié)構(gòu)電位主動(dòng)控制方法，開啟朗繆爾探針，獲取航天器結(jié)構(gòu)電位，然后控制空心陰極和引出電極向空間發(fā)射電子，從而控制航天器結(jié)構(gòu)電位。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0012]①可以快速降低航天器結(jié)構(gòu)電位；
[0013]②可以將航天器結(jié)構(gòu)電位保持在OV左右；
[0014]③可以通過改變氣體流量和引出電極電位，適應(yīng)不同軌道和結(jié)構(gòu)的航天器的結(jié)構(gòu)電位控制需求?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0016]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的航天器結(jié)構(gòu)電位主動(dòng)控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的航天器結(jié)構(gòu)電位主動(dòng)控制方法的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]附圖標(biāo)記:
[0019]1-朗繆爾探針；2_空心陰極；3_引出電極；4_航天器結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。在本發(fā)明的一個(gè)附圖或一種實(shí)施方式中描述的元素和特征可以與一個(gè)或更多個(gè)其它附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。應(yīng)當(dāng)注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本發(fā)明無關(guān)的、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的部件和處理的表示和描述?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0021]參見圖1，一種航天器結(jié)構(gòu)電位主動(dòng)控制裝置，包括朗繆爾探針1，空心陰極2，引出電極3 ;朗繆爾探針I(yè)設(shè)置在空心陰極2的一側(cè)，朗繆爾探針I(yè)設(shè)置在與航天器結(jié)構(gòu)4的外壁上，空心陰極2設(shè)置在航天器結(jié)構(gòu)4的外部，空心陰極地與航天器結(jié)構(gòu)地連接，引出電極3相對(duì)于空心陰極2的噴口設(shè)置，引出電極3連接電源。
[0022]采用本發(fā)明的裝置可以快速降低航天器結(jié)構(gòu)電位；可以將航天器結(jié)構(gòu)電位保持在OV左右。本發(fā)明的朗繆爾探針需遠(yuǎn)離空心陰極，朗繆爾探針的設(shè)置位置，以其檢測精度不受到空心陰極發(fā)射的電子影響為宜。
[0023]優(yōu)選地，朗繆爾探針I(yè)通過支架5與航天器結(jié)構(gòu)4的外壁相連。朗繆爾探針放置在支架上，支架固定在航天器結(jié)構(gòu)上，保證了朗繆爾探針與航天器結(jié)構(gòu)的絕緣。
[0024]引出電極3與空心陰極2的噴口的距離為1-3毫米，優(yōu)選地，引出電極3與空心陰極2的噴口的距離為2毫米。此距離為綜合考慮工質(zhì)氣體電離率和電子引出率等參數(shù)，此距離能夠保證很高的電離率和電子引出率，經(jīng)過仿真計(jì)算和多次試驗(yàn)確定。
[0025]優(yōu)選地，朗繆爾探針1，用于獲取航天器結(jié)構(gòu)電位；
[0026]空心陰極2，用于將氣體工質(zhì)電離，產(chǎn)生電子和離子；
[0027]引出電極3，用于加正電壓后，將電離產(chǎn)生的電子引出，并發(fā)射到空間中，使航天器結(jié)構(gòu)電位下降。
[0028]本發(fā)明還提供一種使用所述的航天器結(jié)構(gòu)電位主動(dòng)控制裝置進(jìn)行航天器結(jié)構(gòu)電位主動(dòng)控制方法，開啟朗繆爾探針，獲取航天器結(jié)構(gòu)電位，然后控制空心陰極和引出電極向空間發(fā)射電子，從而控制航天器結(jié)構(gòu)電位。
[0029]本發(fā)明采用的具體方法如下:
[0030]參見圖2，航天器結(jié)構(gòu)電位主動(dòng)控制方法，包括以下步驟:[0031]SlOl:開啟朗繆爾探針，獲得航天器結(jié)構(gòu)電位Vc:
[0032]開啟朗繆爾探針，通過朗繆爾探針獲得空間等離子體電位，空間等離子體電位與航天器所帶電位之差為航天器結(jié)構(gòu)電位V。；
[0033]S102:VC > Vlc
[0034]判定V。是否大于預(yù)設(shè)航天器結(jié)構(gòu)電位上限值％。，若V。> V1。則進(jìn)行下一步，否則繼續(xù)進(jìn)行步驟SlOl ；
[0035]S103:開啟空心陰極，將氣體工質(zhì)電離，產(chǎn)生電子和離子；
[0036]S104:引出電極加正電壓Ve，將電離產(chǎn)生的電子引出并發(fā)射到空間中:
[0037]給引出電極加正電壓Ve，將電離產(chǎn)生的電子引出并發(fā)射到空間中，使航天器結(jié)構(gòu)電位Vc下降；
[0038]S105:VC ( Vc0
[0039]判定V。是否達(dá)到預(yù)設(shè)電位V。。，即V。( Vc0 ；
[0040]S106:關(guān)閉空心陰極和引出電極:
[0041]若V。< Vc0,關(guān)閉空心陰極和引出電極，否則繼續(xù)進(jìn)行步驟S104。
[0042]下面對(duì)本發(fā) 明的控制原理進(jìn)行說明:
[0043]結(jié)構(gòu)電位是指衛(wèi)星作為一個(gè)整體懸浮在空間中，其結(jié)構(gòu)相對(duì)于空間等離子體的電位，一般情況下，結(jié)構(gòu)電位為負(fù)電位。
[0044]在平衡狀態(tài)下，航天器帶負(fù)電，航天器從空間等離子體中吸收的電子電流Ie和離子電流Iim相等，即H?=0。此時(shí)，若航天器向空間發(fā)射電流為Ib.電子束，在航天器表面負(fù)電位的排斥下，將遠(yuǎn)離航天器表面，從而改變航天器的帶電平衡狀態(tài)，即ie-1im-1beam=i，航天器結(jié)構(gòu)電位將降低，且I值越大，電位變化速度越快，因此只要發(fā)射電流Ib.足夠大航天器電位將迅速降低。
[0045]空心陰極通過電離氣體工質(zhì)，可以產(chǎn)生大量電子，在引出電極的作用下可以產(chǎn)生足夠大的發(fā)射電流，向航天器周圍發(fā)射的電子，由于空心陰極的地與航天器結(jié)構(gòu)地相連，因此，通過空心陰極發(fā)射電子，可以快速降低航天器結(jié)構(gòu)地電位。
[0046]本發(fā)明利用空心陰極發(fā)射電子實(shí)現(xiàn)航天器結(jié)構(gòu)電位主動(dòng)控制方法，可通過電子將航天器結(jié)構(gòu)電位控制在“O電位”附近。通過控制空心陰極和引出電極，可以控制航天器結(jié)構(gòu)電位。本發(fā)明可以快速降低航天器結(jié)構(gòu)電位并保持在OV左右，通過改變氣體流量和引出電極電位，可適應(yīng)不同軌道和結(jié)構(gòu)的航天器的結(jié)構(gòu)電位控制需求。
[0047]在本發(fā)明上述各實(shí)施例中，實(shí)施例的序號(hào)僅僅便于描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。對(duì)各個(gè)實(shí)施例的描述都各有側(cè)重，某個(gè)實(shí)施例中沒有詳述的部分，可以參見其他實(shí)施例的相關(guān)描述。
[0048]在本發(fā)明的裝置和方法等實(shí)施例中，顯然，各部件或各步驟是可以分解、組合和/或分解后重新組合的。這些分解和/或重新組合應(yīng)視為本發(fā)明的等效方案。同時(shí)，在上面對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施例的描述中，針對(duì)一種實(shí)施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個(gè)或更多個(gè)其它實(shí)施方式中使用，與其它實(shí)施方式中的特征相組合，或替代其它實(shí)施方式中的特征。
[0049]應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，術(shù)語“包括/包含”在本文使用時(shí)指特征、要素、步驟或組件的存在，但并不排除一個(gè)或更多個(gè)其它特征、要素、步驟或組件的存在或附加。[0050]最后應(yīng)說明的是:雖然以上已經(jīng)詳細(xì)說明了本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)當(dāng)理解在不超出由所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進(jìn)行各種改變、替代和變換。而且，本發(fā)明的范圍不僅限于說明書所描述的過程、設(shè)備、手段、方法和步驟的具體實(shí)施例。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員從本發(fā)明的公開內(nèi)容將容易理解，根據(jù)本發(fā)明可以使用執(zhí)行與在此所述的相應(yīng)實(shí)施例基本相同的功能或者獲得與其基本相同的結(jié)果的、現(xiàn)有和將來要被開發(fā)的過程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。因此，所附的權(quán)利要求旨在在它們的范圍內(nèi)包括這樣的過程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。
【權(quán)利要求】
1.一種航天器結(jié)構(gòu)電位主動(dòng)控制裝置，其特征在于，包括朗繆爾探針，空心陰極，引出電極；所述朗繆爾探針設(shè)置在所述空心陰極的一側(cè)，所述朗繆爾探針設(shè)置在航天器結(jié)構(gòu)的外壁上，所述空心陰極設(shè)置在所述航天器結(jié)構(gòu)的外部，所述空心陰極地與航天器結(jié)構(gòu)地連接，所述引出電極相對(duì)于所述空心陰極的噴口設(shè)置，所述引出電極連接電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航天器結(jié)構(gòu)電位主動(dòng)控制裝置，其特征在于，所述朗繆爾探針通過支架與航天器結(jié)構(gòu)的外壁相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航天器結(jié)構(gòu)電位主動(dòng)控制裝置，其特征在于，所述引出電極與空心陰極的噴口的距離為1-3毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的航天器結(jié)構(gòu)電位主動(dòng)控制裝置，其特征在于，所述引出電極與空心陰極的噴口的距離為2毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的航天器結(jié)構(gòu)電位主動(dòng)控制裝置，其特征在于， 所述朗繆爾探針，用于獲取航天器結(jié)構(gòu)電位； 所述空心陰極，用于將氣體工質(zhì)電離，產(chǎn)生電子和離子； 所述引出電極，用于加正電壓后，將電離產(chǎn)生的電子引出，并發(fā)射到空間中，使航天器結(jié)構(gòu)電位下降。
6.一種使用權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的航天器結(jié)構(gòu)電位主動(dòng)控制裝置進(jìn)行航天器結(jié)構(gòu)電位主動(dòng)控制方法，其特征在于， 開啟朗繆爾探針，獲取航天器結(jié)構(gòu)電位，然后控制空心陰極和引出電極向空間發(fā)射電子，從而控制航天器結(jié)構(gòu)電位。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的航天器結(jié)構(gòu)電位主動(dòng)控制方法，其特征在于，包括以下步驟: s101:開啟朗繆爾探針，通過朗繆爾探針獲得空間等離子體電位，空間等離子體電位與航天器所帶電位之差為航天器結(jié)構(gòu)電位V。； s102:判定V。是否大于預(yù)設(shè)航天器結(jié)構(gòu)電位上限值\c，若V。> Vlc則進(jìn)行下一步，否則繼續(xù)進(jìn)行步驟SlOl ； s103:開啟空心陰極，將氣體工質(zhì)電離，產(chǎn)生電子和離子； s104:給引出電極加正電壓Ve，將電離產(chǎn)生的電子引出并發(fā)射到空間中，使航天器結(jié)構(gòu)電位V。下降； s105:判定V。是否達(dá)到預(yù)設(shè)電位\0，若Vc≤Vc0,關(guān)閉空心陰極和引出電極，否則繼續(xù)進(jìn)行步驟S104。
【文檔編號(hào)】B64G1/52GK103770953SQ201310697683
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】史亮, 李得天, 秦曉剛, 陳益峰, 湯道坦, 楊生勝, 杜杉杉 申請人:蘭州空間技術(shù)物理研究所