本發(fā)明涉及航天器的毀傷評估及防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及航天器表面梯度電勢模擬實驗的電路。

背景技術(shù)：

由于空間環(huán)境中99%以上的物質(zhì)都是以等離子體形式存在，以等離子體為主要特征的空間環(huán)境會誘發(fā)航天器帶電，使電荷在航天器表面以及內(nèi)部產(chǎn)生累積效應(yīng)，進(jìn)入航天器材料中不同深度處的電荷所形成的電子和離子層可在航天器內(nèi)保留數(shù)周甚至數(shù)月，致使航天器表面不同防護(hù)層之間存在電勢差；另外，在航天器表面焊接、螺絲連接處容易累積大量電荷，使航天器表面這些凸起和凹陷處的電勢高于或低于周圍電勢。因此，航天器表面不同防護(hù)層之間，同一防護(hù)層的不同位置處存在梯度電勢。當(dāng)空間碎片撞擊航天器表面時，超高速碰撞誘發(fā)的等離子體放電會改變航天器表面的原有電勢，破壞電路系統(tǒng)的正常工作，對航天器構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，設(shè)計出符合實際航天器表面存在多梯度電勢的模擬等效電路，并通過實驗研究超高速碰撞條件下誘發(fā)的等離體子對航天器表面多梯度電勢的影響，對評估空間碎片對航天器的毀傷并提出有效的防護(hù)措施具有重要的理論意義。

目前國內(nèi)在超高速碰撞對航天器引起的力學(xué)毀傷方面已有大量研究，但僅限于模擬航天器表面不帶電情況下的毀傷研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明提供一種用于航天器表面梯度電勢模擬實驗的電路。該電路使不同帶電靶板之間形成電勢差，符合實際航天器表面帶電情況，并且改變負(fù)載阻值即可調(diào)整不同靶板間的梯度電勢。本發(fā)明可以有效模擬航天器表面的梯度電勢，可重復(fù)性好，本發(fā)明實現(xiàn)了超高速碰撞條件下誘發(fā)的等離體子對航天器表面電特性影響的初步研究。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種用于航天器表面梯度電勢模擬實驗電路，包括穩(wěn)壓電源；二極管；第一電流探針；第一電壓探針；第一電阻；第二電流探針；第一靶板；第二電阻；第二電壓探針；第二靶板；第三電阻；第三電壓探針；第三靶板；第四電阻；第四電壓探針；第四靶板；第五電阻；第三電流探針；接地和導(dǎo)線；

所述穩(wěn)壓電源的正極通過導(dǎo)線與二極管連接，穩(wěn)壓電源用于提供電路所需持續(xù)穩(wěn)定的電壓；二極管用于保護(hù)穩(wěn)壓電源不被反向電流損壞；二極管的另一端通過導(dǎo)線與第一電流探針連接，第一電流探針的另一端通過導(dǎo)線與第一電壓探針連接，第一電壓探針的一端通過導(dǎo)線連接有第一電阻，第一電阻的另一端通過導(dǎo)線與第二電流探針連接，第二電流探針的另一端通過導(dǎo)線與穩(wěn)壓電源的負(fù)極相連接；第一電壓探針的另一端通過導(dǎo)線與第一靶板連接，第一靶板的另一端通過導(dǎo)線與第二電阻連接，第二電阻、第二電壓探針、第二靶板、第三電阻、第三電壓探針、第三靶板、第四電阻、第四電壓探針、第四靶板、第五電阻和第三電流探針通過導(dǎo)線依次串聯(lián)連接，第三電流探針通過導(dǎo)線與穩(wěn)壓電源的負(fù)極相連接。

所述第一電壓探針、第二電壓探針、第三電壓探針和第四電壓探針用于測量電路中的電壓值；

所述第一電流探針、第二電流探針和第三電流探針用于測量電路中的電流變化值；

所述第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻和第五電阻為電路負(fù)載，用于在靶板間形成梯度電勢。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述第一靶板、第二靶板、第三靶板和第四靶板用于模擬航天器表面材料且均設(shè)置為50mm×50mm×10mm的2a12鋁板，所述第三靶板為超高速撞擊實驗中的目標(biāo)靶板，第一靶板放置在第三靶板正上方且兩者間距為2mm，第二靶板放置在第三靶板左側(cè)且二者間距為2mm，第四靶板放置在第三靶板右側(cè)且二者間距為2mm。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻和第五電阻為電路負(fù)載，第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻與第一靶板、第二靶板、第三靶板、第四靶板交替串聯(lián)，通過對電阻設(shè)定不同阻值，可以在第一靶板、第二靶板、第三靶板、第四靶板間形成不同電勢差。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供一種用于航天器表面梯度電勢模擬實驗的電路。該電路使不同帶電靶板之間形成電勢差，符合實際航天器表面帶電情況，并且改變負(fù)載阻值即可調(diào)整不同靶板間的梯度電勢。通過具體實驗例證明本發(fā)明提出的方案可以有效模擬航天器表面的梯度電勢，可重復(fù)性好，本發(fā)明實現(xiàn)了超高速碰撞條件下誘發(fā)的等離體子對航天器表面電磁特性影響的初步研究。

附圖說明

圖1為本發(fā)明航天器表面梯度電勢模擬實驗電路圖；

圖2為本發(fā)明第一電壓探針測得干路電壓時程曲線；

圖3為本發(fā)明第二電壓探針測得支路電壓時程曲線；

圖4為本發(fā)明第三電壓探針測得支路電壓時程曲線；

圖5為本發(fā)明第四電壓探針測得支路電壓時程曲線；

圖6為本發(fā)明第一電流探針測得干路電流變化時程曲線；

圖7為本發(fā)明第二電流探針測得支路電流變化時程曲線；

圖8為本發(fā)明第三電流探針測得支路電流變化時程曲線。

圖中序號說明：下面結(jié)合附圖和具體實驗例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，便于清楚的了解本發(fā)明，但它們不對本發(fā)明構(gòu)成限定。

結(jié)合圖1所示：航天器表面梯度電勢模擬實驗電路，包括：穩(wěn)壓電源1、二極管2、第一電流探針3、第一電壓探針4、第一電阻5、第二電流探針6、第一靶板7、第二電阻8、第二電壓探針9、第二靶板10、第三電阻11、第三電壓探針12、第三靶板13、第四電阻14、第四電壓探針15、第四靶板16、第五電阻17、第三電流探針18、接地19、和導(dǎo)線20。

所述穩(wěn)壓電源1的正極通過導(dǎo)線20與二極管2連接，穩(wěn)壓電源1用于提供電路所需持續(xù)穩(wěn)定的電壓；二極管2用于保護(hù)穩(wěn)壓電源1不被反向電流損壞；二極管2的另一端通過導(dǎo)線20與第一電流探針3連接，第一電流探針3的另一端通過導(dǎo)線20與第一電壓探針4連接，第一電壓探針4的一端通過導(dǎo)線20連接有第一電阻5，第一電阻5的另一端通過導(dǎo)線20與第二電流探針6連接，第二電流探針6的另一端通過導(dǎo)線20與穩(wěn)壓電源1的負(fù)極相連接；第一電壓探針4的另一端通過導(dǎo)線20與第一靶板7連接，第一靶板7的另一端通過導(dǎo)線20與第二電阻8連接，第二電阻8、第二電壓探針9、第二靶板10、第三電阻11、第三電壓探針12、第三靶板13、第四電阻14、第四電壓探針15、第四靶板16、第五電阻17和第三電流探針18通過導(dǎo)線20依次串聯(lián)連接，第三電流探針18通過導(dǎo)線20與穩(wěn)壓電源1的負(fù)極相連接。

所述第一電壓探針4、第二電壓探針9、第三電壓探針12和第四電壓探針15用于測量電路中的電壓值；

所述第一電流探針3、第二電流探針6和第三電流探針18用于測量電路中的電流變化值；

所述第一電阻5、第二電阻8、第三電阻11、第四電阻14和第五電阻17為電路負(fù)載，用于在靶板間形成梯度電勢。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述第一靶板7、第二靶板10、第三靶板13和第四靶板16用于模擬航天器表面材料且均設(shè)置為50mm×50mm×10mm的2a12鋁板，所述第三靶板13為超高速撞擊實驗中的目標(biāo)靶板，第一靶板7放置在第三靶板13正上方且兩者間距為2mm，第二靶板10放置在第三靶板13左側(cè)且二者間距為2mm，第四靶板16放置在第三靶板13右側(cè)且二者間距為2mm。

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述第一電阻5、第二電阻8、第三電阻11、第四電阻14和第五電阻17為電路負(fù)載，第二電阻8、第三電阻11、第四電阻14、第五電阻17與第一靶板7、第二靶板10、第三靶板13、第四靶板16交替串聯(lián)，通過對電阻設(shè)定不同阻值，可以在第一靶板7、第二靶板10、第三靶板13、第四靶板16間形成不同電勢差，所述接地19線19，用于為電路提供參考零電位。

下面結(jié)合具體實驗例說明本發(fā)明的有效性：

結(jié)合圖2所示:為第一電壓探針4測得干路電壓時程曲線。穩(wěn)壓電源1電壓為300v，第一電阻5阻值為200ω，第二電阻8、第三電阻11、第四電阻14、第五電阻17阻值均為50ω。彈丸以3km/s速度撞擊第三靶板13，第一靶板7為上彈道方向，第一電壓探針4測得干路電壓時程曲線，如圖2所述，結(jié)果表明超高速碰撞目標(biāo)靶板后干路電壓無明顯變化。

結(jié)合圖3所示:為第二電壓探針9測得支路電壓時程曲線。結(jié)果表明超高速碰撞目標(biāo)靶板誘發(fā)的等離子體放電使第三靶板13與第一靶板7瞬間導(dǎo)通，導(dǎo)致第二電壓探針9電壓值由初始的223v上升至接近電源電壓，25μs以后隨著等離體密度降低第三靶板13與第一靶板7不再導(dǎo)通，第二電壓探針9電壓值恢復(fù)至初始電壓。

結(jié)合圖4所示:為第三電壓探針12測得支路電壓時程曲線。結(jié)果表明超高速碰撞目標(biāo)靶板誘發(fā)的等離子體放電使第三靶板13與第一靶板7、第二靶板10瞬間導(dǎo)通，致使第三電壓探針12電壓值由初始的148v上升至接近電源電壓，25μs以后隨著等離體密度降低第三靶板13與第一靶板7、第二靶板10不再導(dǎo)通，第三電壓探針12電壓值恢復(fù)至初始電壓。

結(jié)合圖5所示:為第四電壓探針15測得支路電壓時程曲線。結(jié)果表明超高速碰撞目標(biāo)靶板誘發(fā)的等離子體放電使第三靶板13與第一靶板7、第二靶板10、第四靶板16瞬間導(dǎo)通，致使第四電壓探針15電壓值由初始的74v上升至接近電源電壓，25μs以后隨著等離體密度降低第三靶板13與第一靶板7、第二靶板10、第四靶板16不再導(dǎo)通，第四電壓探針15電壓值恢復(fù)至初始電壓。

結(jié)合圖6所示:為第一電流探針3測得干路電流變化時程曲線。結(jié)果表明超高速碰撞目標(biāo)靶板誘發(fā)的等離子體放電使第三靶板13與第一靶板7、第二靶板10、第四靶板16瞬間導(dǎo)通，引起干路電流變化，即干路電流值增加，因此第一電流探針3電流值迅速上升，電流穩(wěn)定后第一電流探針3恢復(fù)初始值，25μs以后等離體密度降低，第三靶板13與第一靶板7、第二靶板10、第四靶板16不再導(dǎo)通，干路電流值降低，第一電流探針3電流值迅速下降，待電流穩(wěn)定后第一電流探針3恢復(fù)至初始值。

結(jié)合圖7所示:為第二電流探針6測得支路電流變化時程曲線。結(jié)果表面超高速碰撞目標(biāo)靶板后第二電流探針6所在支路電流無明顯變化。

結(jié)合圖8所示:為本發(fā)明第三電流探針18測得支路電流變化時程曲線。結(jié)果表明超高速碰撞目標(biāo)靶板誘發(fā)的等離子體放電使第三靶板13與第一靶板7、第二靶板10、第四靶板16瞬間導(dǎo)通，引起第三電流探針18所在支路電流增加，因此第三電流探針18電流值迅速上升，電流穩(wěn)定后第三電流探針18恢復(fù)至初始值，25μs以后等離體密度降低，第三靶板13與第一靶板7、第二靶板10、第四靶板16不再導(dǎo)通，第三電流探針18所在支路電流降低，第三電流探針18電流值迅速下降，待電流穩(wěn)定后第三電流探針18恢復(fù)至初始值。

上述實驗例結(jié)果表明：本發(fā)明航天器表面梯度電勢模擬實驗電路設(shè)計可以有效模擬航天器表面不同防護(hù)層之間存在的梯度電勢，電路中的4塊靶板在撞擊之前電壓值不同，當(dāng)彈丸以超高速撞擊目標(biāo)靶板后誘發(fā)的等離子體放電使靶板瞬間導(dǎo)通，電壓值升高。由此得出當(dāng)空間碎片撞擊航天器表面時同樣會改變航天器表面原有電勢，影響電路系統(tǒng)的正常工作并威脅航天器的安全。通過本發(fā)明設(shè)計電路實現(xiàn)了超高速碰撞條件下誘發(fā)的等離體子對航天器表面電特性影響的初步研究，證明了本發(fā)明設(shè)計方案的有效性和可行性。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已,并不用以限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。