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空间微小碎片探测器研制

空间微小碎片探测器研制

作者：曹光伟中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）

学位级别：硕士

随着人类航天活动的开展,空间碎片越来越多,对人类的正常航天活动造成了严重影响。空间微小碎片和微流星体对航天器的危害主要是表面剥蚀或沙蚀,造成表面器件损伤,导致航天器系统故障,对航天器正常运行,带来极大危害。了解空间微小碎片... 详细信息

随着人类航天活动的开展,空间碎片越来越多,对人类的正常航天活动造成了严重影响。空间微小碎片和微流星体对航天器的危害主要是表面剥蚀或沙蚀,造成表面器件损伤,导致航天器系统故障,对航天器正常运行,带来极大危害。了解空间微小碎片和微流星体的机制,对保障航天安全有重要作用。空间微小碎片和微流星体的数据源比较少,各个工程模型之间有很大的差异,进行空间微小碎片和微流星体的探测对于建立和完善工程模式非常必要。本文分析了空间碎片和微流星体的危害,提出了研制空间微小碎片探测器的意义。对空间微小碎片的探测现状进行了大量调研,特别对利用PVDF压电材料进行空间探测进行了详细研究。对PVDF特性进行了研究,详细分析了碎片撞击PVDF传感器产生的信号特性,结合飞行时间法论述了探测空间微小碎片和微流星体质量和速度的原理。对探测对象进行了详细的分析和计算,选择了合适直径范围的探测对象。在此基础上提出了性能指标和技术方案。随后给出了探测器详细的物理设计方案并对从探头设计到每个单元电路的实现过程进行了详细论述。最后对整机性能进行了测试,并提出了标定方案和几点探测器的改进方案,并且提出了一种更加精确的二维位置探测器的大体设计方法。空间微小碎片探测器是我国第一次研制的天基微小碎片和微流星体探测仪器,功耗小,性能好,能够长时间在太空中工作,是一种新型高效的探测器。

关键词：空间微小碎片微流星体 PVDF 探测器

基于PVDF压电传感器的空间微小碎片探测系统规划研究

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基于PVDF压电传感器的空间微小碎片探测系统规划研究

作者：张庆志中北大学

学位级别：硕士

空间微小碎片探测系统是一种基于PVDF传感器技术和采集存储技术的用于探测空间微小碎片信息的系统。空间碎片探测是人类宇航系统不可或缺的一部分，并随着人类宇航系统的不断发展，空间碎片探测的作用愈加凸显。空间微小碎片探测系统的... 详细信息

空间微小碎片探测系统是一种基于PVDF传感器技术和采集存储技术的用于探测空间微小碎片信息的系统。空间碎片探测是人类宇航系统不可或缺的一部分，并随着人类宇航系统的不断发展，空间碎片探测的作用愈加凸显。空间微小碎片探测系统的研制是航天器设计中空间防护的需要，是为未来空间站提供安全保障的需要，更是对太空环境负责任大国的有力例证。空间碎片探测系统主要由探头单元和电路系统单元组成。探头单元主要由探头框架结构和PVDF传感器组成，其主要功能是通过与空间碎片撞击而产生电荷信号。电路系统单元的主要功能是实现对探头输出电荷信号的采集和存储，主要由电荷放大器模块，滤波调理电路模块，比较器模块，峰值保持器模块，模拟开关模块，模数转换模块，存储模块，FPGA控制模块组成。通过对采集的数据进行分析，进一步可以反演出碎片的基本性质。本课题研究的主要内容是首先深入广泛地对空间微小碎片的构成、分布模型和与航天器撞击情况进行调研，然后确定基于PVDF压电传感器的空间微小碎片探测系统的主要探测目标和基本技术指标;第二，在深入广泛地调研国内外在空间碎片探测器方面的研究成果的基础上，尤其是对探测器发展造成深远影响的型号，提出自己的微小碎片探测系统方案;第三，对探测系统的设计方案进行实现，完成探头和电路系统箱的制作，应用系统研制过程中的关键技术;第四，对空间微小碎片探测系统进行初步的相关实验，并对相关试验数据进行分析和总结。最后，对全文进行总结和展望，总结工作中的经验和不足，提出进一步的改进目标。

关键词： PVDF传感器空间微小碎片飞行时间算法电路

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空间微小碎片撞击对太阳能电池性能影响

航天器环境工程 2010年第3期27卷 290-294,263页

作者：李宏伟黄建国韩建伟蔡明辉李小银高秀中国科学院空间科学与应用研究中心北京100190 中国科学院研究生院北京100049

文章利用中国科学院空间科学与应用研究中心的等离子体驱动微小碎片加速器,进行了空间微小碎片累积撞击太阳能电池的模拟试验。之后,利用体式显微镜统计出太阳能电池表面的撞击坑,并测量了撞击前后太阳能电池的开路电压、短路电流、最... 详细信息

文章利用中国科学院空间科学与应用研究中心的等离子体驱动微小碎片加速器,进行了空间微小碎片累积撞击太阳能电池的模拟试验。之后,利用体式显微镜统计出太阳能电池表面的撞击坑,并测量了撞击前后太阳能电池的开路电压、短路电流、最大输出功率等参数的变化。试验结果与理论分析揭示了引起太阳能电池功率衰减的主要原因是碎片累积撞击导致的太阳能电池表面损伤。

关键词：空间微小碎片太阳能电池累积撞击效应

空间微小碎片累积作用下材料光学性能退化预示模型适用性研究

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航天器环境工程 2008年第4期25卷 306-309,297页

作者：白羽庞贺伟龚自正童靖宇北京卫星环境工程研究所北京100094 中国空间技术研究院北京100094

航天器在轨服役期间会遭受到大量空间微小碎片和微流星体的撞击作用,其中的微米级粒子将在航天器表面产生大面积砂蚀现象,并使材料或器件功能衰退。文章介绍了NASA空间微小碎片累积损伤材料光学性能退化预示模型并推导了两个预示模型之... 详细信息

航天器在轨服役期间会遭受到大量空间微小碎片和微流星体的撞击作用,其中的微米级粒子将在航天器表面产生大面积砂蚀现象,并使材料或器件功能衰退。文章介绍了NASA空间微小碎片累积损伤材料光学性能退化预示模型并推导了两个预示模型之间的关系。利用ORDEM2000碎片分布模型估算了K8玻璃累积损伤面积。以K8玻璃为例,对比研究了两个预示模型的适用性。结果表明,当航天器外表面损伤程度小于40%,可利用Canoon模型评价和预示材料光学性能退化规律;当航天器外表面损伤程度大于40%,需利用Mirtich模型评价和预示材料光学性能退化规律。

关键词：空间微小碎片累积损伤光学性能退化 k8玻璃

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空间微小碎片探测器的设计

空间微小碎片探测器的设计

一种新型空间微小碎片超高速碰撞试验地面模拟方法

中国空间科学学会空间探测专业委员会第十九次学术会议

作者：曹光伟梁金宝中国科学院空间科学与应用研究中心中国科学院空间科学与应用研究中心

本文所描述的空间微小碎片探测器采用PVDF压电薄膜作为传感器,所探测的目标为质量分布5×10-11g（直径约3．3um）-1 × 10-5g（直径约200um）,速度分布2km／s- 15km／s的空间碎片和微流星体,所测量的信息为空间碎片的质量、飞行速度、... 详细信息

本文所描述的空间微小碎片探测器采用PVDF压电薄膜作为传感器,所探测的目标为质量分布5×10-11g（直径约3．3um）-1 × 10-5g（直径约200um）,速度分布2km／s- 15km／s的空间碎片和微流星体,所测量的信息为空间碎片的质量、飞行速度、和轨道信息。

关键词： PVDF 飞行时间法空间微小碎片

来源： cnki会议评论

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航天器环境工程 2001年第3期18卷 25-32页

作者：童靖宇庞贺伟黄本诚北京卫星环境工程研究所北京100029

文章简要叙述了空间微小碎片环境及其对航天器的影响,同时介绍了一种新型空间微小碎片超高速碰撞地面模拟方法——激光驱动飞片技术。

关键词：空间微小碎片激光驱动飞片超高速碰撞

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钛表面夹层薄膜对微小碎片撞击防护的影响

表面技术 2018年第5期47卷 15-21页

作者：张婷婷杨桂民魏强罗栋元白羽天津大学材料科学与工程学院天津300350 北京卫星环境工程研究所北京100094

目的提高航天器材料表面空间微小碎片的防护能力。方法基体采用高纯钛。以氟化铵的乙二醇溶液为电解液,采用阳极氧化法在钛表面制备类蜂窝状TiO_2纳米管阵列夹层;用氢氧化钠溶液,通过碱热处理方法,在钛表面制备泡沫状多孔结构夹层。再... 详细信息

目的提高航天器材料表面空间微小碎片的防护能力。方法基体采用高纯钛。以氟化铵的乙二醇溶液为电解液,采用阳极氧化法在钛表面制备类蜂窝状TiO_2纳米管阵列夹层;用氢氧化钠溶液,通过碱热处理方法,在钛表面制备泡沫状多孔结构夹层。再采用溶胶凝胶方法制备SiO_2表板覆层,最终在钛表面形成具有类蜂窝状纳米管阵列夹层和泡沫状多孔结构夹层的两种防护膜层体系。通过扫描电子显微镜、超景深三维体式显微镜分析表面形貌;采用激光驱动飞片模拟碎片撞击试验,评价膜层对微小碎片撞击防护的效果;用纳米压痕仪测定材料表面载荷-深度曲线,评价表面力学性能。结果钛金属表面具有类蜂窝状纳米管阵列和泡沫状多孔结构夹层时,表面接触刚度可明显降低,提高了外力作用下的接触变形能力。受到高速撞击时,可以较好地吸收高速撞击产生的能量,对高速撞击有一定的防护作用。结论在钛表面制备了TiO_2纳米管阵列/SiO_2和多孔结构/SiO_2两种复合防护膜系,可以有效提高表面抗冲击能力。开展表面膜层结构化设计,是对空间微小碎片表面防护的有益探索,对于空间微小碎片防护具有重要意义。

关键词：空间微小碎片类蜂窝结构泡沫结构激光驱动飞片纳米压痕

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激光驱动微小碎片超高速发射技术研究

装备环境工程 2007年第1期4卷 56-61页

作者：张文兵董洪建龚自正童靖宇北京卫星环境工程研究所北京100094

激光驱动微小碎片装置是地面模拟微小空间碎片对航天器超高速碰撞的重要设备,其模拟碎片的速度和整体性是两个最关键的性能参数。文中从驱动设备的原理出发,介绍了激光性能参数、飞片靶约束层及烧蚀涂层对碎片速度和整体性的影响,并介... 详细信息

激光驱动微小碎片装置是地面模拟微小空间碎片对航天器超高速碰撞的重要设备,其模拟碎片的速度和整体性是两个最关键的性能参数。文中从驱动设备的原理出发,介绍了激光性能参数、飞片靶约束层及烧蚀涂层对碎片速度和整体性的影响,并介绍了约束层和烧蚀涂层厚度设计方法及选材范围。近期的试验研究采用单膜结构飞片靶,试验可以将7μm厚、直径1 mm的铝膜驱动到8．3 km/s。

关键词：空间微小碎片激光驱动约束层烧蚀涂层

CAST激光驱动微小飞片及其超高速撞击效应研究进展

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航天器环境工程 2015年第2期32卷 162-175页

作者：曹燕牛锦超牟永强徐坤博马子良龚自正北京卫星环境工程研究所北京100094

激光驱动飞片技术(LDFT)在模拟微米级空间碎片对航天器的超高速撞击效应方面具有独特的优势。文章全面介绍了北京卫星环境工程研究所在激光驱动飞片技术与微米级空间碎片超高速撞击效应地面模拟研究中取得的若干进展,包括激光驱动飞片... 详细信息

激光驱动飞片技术(LDFT)在模拟微米级空间碎片对航天器的超高速撞击效应方面具有独特的优势。文章全面介绍了北京卫星环境工程研究所在激光驱动飞片技术与微米级空间碎片超高速撞击效应地面模拟研究中取得的若干进展,包括激光驱动飞片的理论计算、超高速飞片的稳定发射技术、超高速飞片速度瞬态测量技术、航天器外露表面的超高速撞击特性、超高速撞击累积损伤评价方法,以及微米级空间碎片超高速撞击防护技术探索等研究。同时,展望了激光驱动飞片技术以及微米级空间碎片累积撞击实验研究的发展方向。

关键词：空间微小碎片激光驱动飞片超高速撞击航天器外露表面累积损伤评价空间碎片防护