Устройство регистрации параметров микрометеороидов и космического мусора

Изобретение предназначено для использования в космической технике, в частности для регистрации микрометеороидов и заряженных частиц ионосферы. Сущность изобретения заключается в том, что устройство регистрации параметров микрометеороидов и космического мусора, содержащее мишень в виде четырех панелей солнечных батарей, соединенных между собой пленочной структурой металл-диэлектрик-металл, приемник ионов в виде шара, блок измерения, электромагниты, установленные по четыре штуки на каждую ось устройства и соединенные между собой последовательно, приемник ионов выполнен в виде четырех микроканальных пластин, каждая из которых расположена параллельно соответствующей панели солнечной батареи, с внешней стороны приемника ионов установлен датчик Солнца в виде ПЗС-матрицы, соединенный с блоком измерения, на передней поверхности блока управления установлена панель солнечной батареи, на боковых поверхностях установлены фотодиоды, а на обратной стороне его установлен фотодиод и антенна GPS-приемника, причем приемник ионов, пленочные структуры металл-диэлектрик-металл и фотодиоды соединены соответственно с блоками измерения ионов, проводимости пленочных структур и фототоков. Технический результат - повышение эффективности сбора ионов приемником с большой площади мишени (солнечных батарей), повышения быстродействия системы управления. 1 ил.

 

Изобретение предназначено для использования в космической технике, в частности для регистрации микрометеороидов и заряженных частиц ионосферы.

Известно устройство (a.c. N 1830499, МПК G01E 1/34, опуб. 13.10.2002), включающее в себя плоскую мишень с отверстиями, приемник ионов, блок обработки информации.

Недостатком такого устройства является невозможность использования мишени на большой площади чувствительной поверхности, а следовательно, низкая эффективность использования.

Известно устройство (Diretzel H., Eihborn e.t.c. The Heos 2 aud Helios micrometeoroid experiments. J.Phys.Sei. Justrum. 1973, 6, 3, p.209-217) предназначено для регистрации параметров микрометеороидов и содержит полусферическую мишень и приемник ионов полусферической формы, блок измерения.

Другое устройство (патент №2348949, МПК G01T 3/04, опуб. 28.05.2007) предназначено для детектирования микрометеороидных и техногенных частиц, содержит мишень в виде пленочного конденсатора, нанесенного на металлическую пластину, приемник ионов.

Недостатками таких устройств является невозможность использования мишени на большой площади чувствительной поверхности, а следовательно, низкая эффективность использования.

В качестве прототипа выбрано устройство (патент №78956, МПК G01T 3/04, опуб. 10.12.2008, Бюл. №34), включающее в себя мишень из нескольких панелей солнечных батарей, соединенных между собой пленочными структурами металл-диэлектрик-металл, приемник ионов в виде шара, электромагниты системы управления.

Недостатком которого является слабый сбор ионов и зависимость их количества от места соударения высокоскоростных частиц с мишенью (панелями солнечных батарей), отсутствие информации о направлении соударяющихся частиц, большое время процесса ориентации устройства (в частности, на Солнце).

В основу поставлена задача повышения эффективности сбора ионов приемником с большой площади мишени (солнечных батарей) зависимости их от места соударения, эффективности солнечных батарей, направленных на Солнце, а также повышения быстродействия системы управления.

Данная задача достигается за счет того, что в устройстве регистрации параметров микрометеороидов и космического мусора, содержащем мишень в виде четырех панелей солнечных батарей, соединенных между собой пленочной структурой металл-диэлектрик-металл, приемник ионов в виде шара, блок измерения, электромагниты, отличающемся тем, что электромагниты установлены по четыре штуки на каждую ось устройства и соединены между собой последовательно, приемник ионов выполнен в виде четырех микроканальных пластин, каждая из которых расположена параллельно соответствующей панели солнечной батареи, с внешней стороны приемника ионов установлен датчик Солнца в виде ПЗС-матрицы, соединенный с блоком измерения, на передней поверхности блока управления установлена панель солнечной батареи, на боковых поверхностях установлены фотодиоды, а на обратной стороне его установлен фотодиод и антенна GPS-приемника, причем приемник ионов, пленочные структуры металл-диэлектрик-металл и фотодиоды соединены соответственно с блоками измерения ионов, проводимости пленочных структур и фототоков.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображено устройство в развернутом виде (рабочий режим).

Устройство регистрации параметров микрометеороидов и космического мусора содержит четыре солнечных батареи 1 - мишень, приемники ионов 2, датчик Солнца в виде ПЗС-матрицы 3, по трем взаимно ортогональным осям установлены электромагниты 4, 5 и 6 по четыре штуки на каждую ось, солнечные батареи соединены между собой пленочными структурами металл-диэлектрик-металл 7 (мишень), верхняя сторона блока управления представляет собой панель солнечной батареи 8, блок управления с аппаратурой 9, фотодиоды 10, расположенные по боковым сторонам блока управления и снизу, блок измерения 11, блок управления 12 системы ориентации, GPS-приемник 13, расположенный снизу устройства.

Устройство работает следующим образом. При соударении микрометеороида с мишенями 1 и 7 в месте контакта образуется плазма, ионы которой попадают на приемник ионов 2. Сбор их осуществляется за счет напряжения на приемнике, равного 250 В относительно мишени. Выход приемника ионов соединен с усилителями, расположенными в 11, которые необходимы для реализации режима регистрации ионов, образованных при ударе высокоскоростных частиц (микрометеороидов или частиц космического мусора).

Пленки на основе МДМ-структур являются так же, как и солнечные батареи, мишенью устройства. При ударе частицы в одну из четырех МДМ-структур 7 она может замкнуть источник питания или изменить сопротивление между обкладками конденсатора. При этом конденсатор (полностью или частично) разряжается и образованный импульс напряжения усиливается усилителем.

Для правильной интерпретации данных о параметрах космической пыли необходима ориентация устройства (космического аппарата), которая осуществляется с помощью установленных двенадцати электромагнитов (4 по каждой оси), на которые от блока управления подаются импульсы тока соответствующей длительности и амплитуды.

Блок управления 12 реализует закон управления разгрузкой кинетического момента космического аппарата. Такой подход основывается на взаимодействии исполнительных органов системы управления (электромагнитов) с магнитным полем Земли.

Законы управления могут быть получены из основного уравнения для магнитных систем управления:

,

где - дипольный магнитный момент; - вектор индукции магнитного поля Земли; - вектор угловой скорости космического аппарата.

Устройство регистрации параметров микрометеороидов и космического мусора, содержащее мишень в виде четырех панелей солнечных батарей, соединенных между собой пленочной структурой металл-диэлектрик-металл, приемник ионов в виде шара, блок измерения, электромагниты, отличающееся тем, что электромагниты установлены по четыре штуки на каждую ось устройства, соединены между собой последовательно, приемник ионов выполнен в виде четырех микроканальных пластин, каждая из которых расположена параллельно соответствующей панели солнечной батареи, с внешней стороны приемника ионов установлен датчик Солнца в виде ПЗС-матрицы, соединенный с блоком измерения, на передней поверхности блока управления установлена панель солнечной батареи, на боковых поверхностях установлены фотодиоды, а на обратной стороне его установлен фотодиод и антенна GPS-приемника, причем приемник ионов, пленочные структуры металл-диэлектрик-металл и фотодиоды соединены соответственно с блоками измерения ионов, проводимости пленочных структур и фототоков.