一種基于電磁復(fù)合場(chǎng)的空間光學(xué)探測(cè)器荷電粒子屏蔽裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于空間光學(xué)探測(cè)器的荷電粒子屏蔽裝置，屬于航天器空間環(huán)境防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展，我國(guó)在軌運(yùn)行的航天器數(shù)量和種類明顯增多，而由空間環(huán)境造成的在軌事故或性能損害也越來越引起人們的重視。除了傳統(tǒng)的空間極端溫度、發(fā)射入軌過程中的振動(dòng)等傳統(tǒng)要素以外，空間荷電粒子輻射也是空間環(huán)境的重要組成部分。事實(shí)上，由于空間荷電粒子輻射參數(shù)在某種程度上具有隨機(jī)性和不可預(yù)知性，且其對(duì)器件的作用機(jī)制也尚未清晰，因此，相對(duì)傳統(tǒng)空間環(huán)境，空間荷電粒子輻射對(duì)航天器造成的損害才更為嚴(yán)重。開展空間荷電粒子輻射屏蔽技術(shù)的研究，對(duì)于提高航天器性能及壽命具有重要意義。
[0003]空間光學(xué)探測(cè)器是航天器的重要組成部分或重要類型，可在特定光波波段對(duì)地球、恒星等天體進(jìn)行觀測(cè)，以得到航天器姿態(tài)、軌道參數(shù)或者天體狀態(tài)、演化信息等。空間光學(xué)探測(cè)器大多采用基于光電效應(yīng)的半導(dǎo)體光電探測(cè)器件進(jìn)行探測(cè)，其對(duì)入射光子和荷電粒子均會(huì)產(chǎn)生響應(yīng)。由于空間光學(xué)探測(cè)器與外空間環(huán)境存在通路(特別是反射式光學(xué)探測(cè)器)，如果不能很好地實(shí)現(xiàn)荷電粒子屏蔽，當(dāng)空間荷電粒子通過光學(xué)通路，或者穿透探測(cè)器，而入射到探測(cè)器件上時(shí)，勢(shì)必會(huì)造成探測(cè)器件輸出本底增加，甚至是探測(cè)器件失靈或損壞，進(jìn)而影響光學(xué)探測(cè)器性能。從這個(gè)角度上講，空間光學(xué)探測(cè)器最易受到空間荷電粒子影響，對(duì)空間光學(xué)探測(cè)器開展荷電粒子屏蔽技術(shù)的研究是十分必要的。
[0004]目前針對(duì)荷電粒子屏蔽問題，大多采用對(duì)結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行防輻射加固的被動(dòng)屏蔽方式，屏蔽效果有限，同時(shí)對(duì)沿光學(xué)通路入射的荷電粒子沒有屏蔽效果；此外，采用永磁體在入射光路中產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)，基于磁偏轉(zhuǎn)原理屏蔽入射荷電粒子的方法，多適用于電子等小質(zhì)荷比的荷電粒子；反符合技術(shù)多適用于高能級(jí)光子探測(cè)中的荷電粒子本底抑制，且并不能避免荷電粒子對(duì)探測(cè)器件的損傷，適用范圍有限。因此，目前所采用的空間荷電粒子屏蔽技術(shù)存在不同程度的缺陷，并不能完全滿足空間光學(xué)探測(cè)器空間荷電粒子屏蔽防護(hù)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決問題為:針對(duì)目前所采用的空間荷電粒子屏蔽技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提出了一種基于電磁復(fù)合場(chǎng)的用于空間光學(xué)探測(cè)器的荷電粒子屏蔽裝置，可實(shí)現(xiàn)對(duì)空間電子和質(zhì)子等荷電粒子的屏蔽防護(hù)，并具有原理簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)容易、技術(shù)成熟、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案為:一種基于電磁復(fù)合場(chǎng)的空間光學(xué)探測(cè)器荷電粒子屏蔽裝置，包括電場(chǎng)生成裝置(I)、磁場(chǎng)生成裝置(2)、泄露電磁屏蔽裝置(3)、荷電粒子內(nèi)吸收裝置(4)、荷電粒子反散射裝置(5)和鏡筒支撐結(jié)構(gòu)(6);
[0007]電場(chǎng)生成裝置(I)為平行放置的兩塊鏤空平板，兩塊鏤空平板分別為第一鏤空平板和第二鏤空平板，第一鏤空平板作為光子和荷電粒子的入射口，荷電粒子包括質(zhì)子和電子，第二鏤空平板作為光子和荷電粒子的出射口，磁場(chǎng)生成裝置(2)位于兩塊鏤空平板之間，電場(chǎng)生成裝置(I)和磁場(chǎng)生成裝置(2)位于泄露電磁屏蔽裝置(3)內(nèi)，荷電粒子內(nèi)吸收裝置(4)位于磁場(chǎng)生成裝置(2)內(nèi)，荷電粒子反散射裝置(5)位于第二鏤空平板的光子和荷電粒子出射一側(cè)，鏡筒支撐結(jié)構(gòu)(6)將電場(chǎng)生成裝置(I)、磁場(chǎng)生成裝置(2)、泄露電磁屏蔽裝置(3)、荷電粒子內(nèi)吸收裝置(4)、荷電粒子反散射裝置(5)固定連接；
[0008]電場(chǎng)生成裝置(I)，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)；
[0009]磁場(chǎng)生成裝置(2)，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；
[0010]電場(chǎng)生成裝置(I)和磁場(chǎng)生成裝置(2)共同作用，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)電磁復(fù)合場(chǎng)；
[0011 ] 泄露電磁屏蔽裝置(3)，防止偏轉(zhuǎn)電磁復(fù)合場(chǎng)泄露；
[0012]荷電粒子內(nèi)吸收裝置(4)，吸收從第一鏤空平板入射的被偏轉(zhuǎn)電磁復(fù)合場(chǎng)偏轉(zhuǎn)到荷電粒子內(nèi)吸收裝置(4)內(nèi)壁上的荷電粒子，防止發(fā)生散射及二次激發(fā)現(xiàn)象；
[0013]荷電粒子反散射裝置(5)，吸收從第二鏤空平板出射的被偏轉(zhuǎn)電磁復(fù)合場(chǎng)偏轉(zhuǎn)到荷電粒子反散射裝置(5)內(nèi)壁上的荷電粒子，防止發(fā)生散射及二次激發(fā)現(xiàn)象；
[0014]鏡筒支撐結(jié)構(gòu)￠)，包括筒體和安裝法蘭，法蘭位于筒體外壁，且和筒體為一體結(jié)構(gòu)，能夠提供所述的荷電粒子屏蔽裝置的安裝接口 ；
[0015]電場(chǎng)生成裝置(I)、磁場(chǎng)生成裝置(2)和荷電粒子反散射裝置(5)位于鏡筒支撐結(jié)構(gòu)(6)的筒體內(nèi)部，且和筒體內(nèi)壁固定連接；
[0016]泄露電磁屏蔽裝置(3)位于鏡筒支撐結(jié)構(gòu)(6)的筒體外部，且和筒體外壁固定連接;
[0017]光子和荷電粒子從鏡筒支撐結(jié)構(gòu)(6)筒體的一側(cè)經(jīng)過第一鏤空平板入射至電場(chǎng)生成裝置(I)和磁場(chǎng)生成裝置(2)產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)電磁復(fù)合場(chǎng)，一部分荷電粒子被偏轉(zhuǎn)至荷電粒子內(nèi)吸收裝置(4)而被吸收；另一部分荷電粒子被偏轉(zhuǎn)后，經(jīng)第二鏤空平板出射至荷電粒子反散射裝置(5)而被吸收；光子從鏡筒支撐結(jié)構(gòu)(6)筒體的一側(cè)經(jīng)過第一鏤空平板入射至電場(chǎng)生成裝置(I)和磁場(chǎng)生成裝置(2)產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)電磁復(fù)合場(chǎng)，不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從第二鏤空平板出射，經(jīng)過荷電粒子反散射裝置(5)，從鏡筒支撐結(jié)構(gòu)(6)筒體的另一側(cè)出射。
[0018]所述第一鏤空平板和第二鏤空平板分別位于荷電粒子屏蔽裝置偏轉(zhuǎn)電磁復(fù)合場(chǎng)的入口和出口處，并沿鏡筒支撐結(jié)構(gòu)(6)筒體的軸線垂直布置；在兩平板間施加高電壓，能夠在第一鏤空平板和第二鏤空平板之間產(chǎn)生與鏡筒支撐結(jié)構(gòu)(6)筒體的軸線平行的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，并設(shè)定偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)方向從第二鏤空平板指向第一鏤空平板，能夠降低入射質(zhì)子的能量，從而減小入射質(zhì)子在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)半徑。
[0019]所述第一鏤空平板和第二鏤空平板為圓形平板，以圓心為中心等分為三個(gè)扇形部分，在每個(gè)扇形部分設(shè)置多個(gè)同心弧形鏤空槽，以避免對(duì)入射光子造成阻擋，同時(shí)還能對(duì)空間雜散光和輻射背景起到屏蔽作用。
[0020]所述磁場(chǎng)生成裝置(2)，采用永磁魔環(huán)結(jié)構(gòu)，永磁魔環(huán)結(jié)構(gòu)由N塊磁化方向相互間隔720° /N的永磁磁鐵組成，并在第一鏤空平板和第二鏤空平板之間沿圓周方向均勻布置，能夠在永磁魔環(huán)結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生與偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)方向垂直的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，能夠改變?nèi)肷浜呻娏Ｗ拥倪\(yùn)動(dòng)方向，使其偏離鏡筒支撐結(jié)構(gòu)(6)筒體的軸線方向。
[0021]所述泄露電磁屏蔽裝置(3)為由電磁純鐵制成的多層圓筒結(jié)構(gòu)，且各層圓筒長(zhǎng)度由內(nèi)到外逐漸增加；各層圓筒結(jié)構(gòu)的與圓筒軸線垂直的中截面相互重合，能夠?qū)㈦妶?chǎng)生成裝置(I)和磁場(chǎng)生成裝置(2)產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)電磁復(fù)合場(chǎng)限定在所述荷電粒子屏蔽裝置內(nèi)，防止偏轉(zhuǎn)電磁復(fù)合場(chǎng)泄露而對(duì)航天器姿軌穩(wěn)定及周邊器件的正常運(yùn)行造成影響。
[0022]荷電粒子內(nèi)吸收裝置(4)為由鋁制成，且位于第一鏤空平板和第二鏤空平板之間，并與永磁魔環(huán)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面貼合的圓筒結(jié)構(gòu)，能夠吸收由偏轉(zhuǎn)電磁復(fù)合場(chǎng)偏轉(zhuǎn)至荷電粒子內(nèi)吸收裝置(4)內(nèi)壁上的荷電粒子，防止產(chǎn)生散射及二次激發(fā)現(xiàn)象，并能夠?yàn)橛来拍Лh(huán)結(jié)構(gòu)提供支撐。
[0023]荷電粒子反散射裝置(5)為由鋁制成的圓筒結(jié)構(gòu)，且圓筒結(jié)構(gòu)內(nèi)壁設(shè)置有相互平行的多層圓環(huán)，各層圓環(huán)的外徑和圓筒結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑相同且和圓筒結(jié)構(gòu)固定連接，各層圓環(huán)的內(nèi)徑依次縮小，內(nèi)徑最大的圓環(huán)靠近第二鏤空平板，即靠近偏轉(zhuǎn)電磁復(fù)合場(chǎng)出口。
[0024]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0025](I)本發(fā)明設(shè)定偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)背離荷電粒子入射方向，降低了入射質(zhì)子能量，提高偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)質(zhì)子的偏轉(zhuǎn)屏蔽效果；雖然偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)增加了入射電子能量，但電子質(zhì)