航天器結(jié)構(gòu)電位主動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)境效應防護領(lǐng)域，具體涉及一種航天器結(jié)構(gòu)電位主動控制裝置及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]航天器在軌運行時，會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)計時，一般將其整體金屬框架結(jié)構(gòu)當做電路中的“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整體懸浮在空間中，電荷積累在結(jié)構(gòu)地中會導致結(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)果誤差和測控數(shù)據(jù)紊亂。因此，對于測量和測控精度要求較高的航天器必須對其結(jié)構(gòu)電位加以控制。
[0004]國外的研究和在軌試驗結(jié)果，已經(jīng)證明主動向空間發(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。應當理解，這個概述并不是關(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描述的前序。
[0006]本發(fā)明實施例的目的是針對上述現(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)電位主動控制方法。
[0008]為了實現(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)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(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)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0016]圖1為本發(fā)明實施例提供的航天器結(jié)構(gòu)電位主動控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明實施例提供的航天器結(jié)構(gòu)電位主動控制方法的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]附圖標記:
[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)。
【具體實施方式】
[0020]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。在本發(fā)明的一個附圖或一種實施方式中描述的元素和特征可以與一個或更多個其它附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。應當注意，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。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0021]參見圖1，一種航天器結(jié)構(gòu)電位主動控制裝置，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)過仿真計算和多次試驗確定。
[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)電位主動控制裝置進行航天器結(jié)構(gòu)電位主動控制方法，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。是否大于預設(shè)航天器結(jié)構(gòu)電位上限值％。，若V。> V1。則進行下一步，否則繼續(xù)進行步驟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。是否達到預設(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)進行步驟S104。
[0042]下面對本發(fā) 明的控制原理進行說明:
[0043]結(jié)構(gòu)電位是指衛(wèi)星作為一個整體懸浮在空間中，其結(jié)構(gòu)相對于空間等離子體的電位，一般情況下，結(jié)構(gòu)電位為負電位。
[0044]在平衡狀態(tài)下，航天器帶負電，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，若航天器向空間發(fā)射電流為Ib.電子束，在航天器表面負電位的排斥下，將遠離航天器表面，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)射電子實現(xiàn)航天器結(jié)構(gòu)電位主動控制方法，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)明上述各實施例中，實施例的序號僅僅便于描述，不代表實施例的優(yōu)劣。對各個實施例的描述都各有側(cè)重，某個實施例中沒有詳述的部分，可以參見其他實施例的相關(guān)描述。
[0048]在本發(fā)明的裝置和方法等實施例中，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/或重新組合應視為本發(fā)明的等效方案。同時，在上面對本發(fā)明具體實施例的描述中，針對一種實施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個或更多個其它實施方式中使用，與其它實施方式中的特征相組合，或替代其它實施方式中的特征。
[0049]應該強調(diào)，術(shù)語“包括/包含”在本文使用時指特征、要素、步驟或組件的存在，但并不排除一個或更多個其它特征、要素、步驟或組件的存在或附加。[0050]最后應說明的是:雖然以上已經(jīng)詳細說明了本發(fā)明及其優(yōu)點，但是應當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實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任一項所述的航天器結(jié)構(gòu)電位主動控制裝置，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任一項所述的航天器結(jié)構(gòu)電位主動控制裝置進行航天器結(jié)構(gòu)電位主動控制方法，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。是否大于預設(shè)航天器結(jié)構(gòu)電位上限值\c，若V。> Vlc則進行下一步，否則繼續(xù)進行步驟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。是否達到預設(shè)電位\0，若Vc≤Vc0,關(guān)閉空心陰極和引出電極，否則繼續(xù)進行步驟S104。
【文檔編號】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