устройство для регистрации пылегазовой компоненты собственной внешней атмосферы космических аппаратов

Формула изобретения

Устройство для регистрации пылегазовой компоненты собственной внешней атмосферы космических аппаратов, содержащее мишень, приемник ионов, отличающееся тем, что мишень выполнена из нескольких подложек с нанесенными на них исследуемыми материалами, на поверхности которых нанесены контактные площадки, на фиксированном расстоянии от каждой мишени установлены приемники ионов в виде двухфазной штыревой решетки, над двумя подложками с одинаковым материалом установлены пластины из кварцевого стекла и металла соответственно, над третьей подложкой из того же материала установлены две кварцевые пластины, чувствительные поверхности которых направлены в сторону подложек и противоположно им, в плоскости подложек установлены датчики интенсивности света и температуры, соединенные с блоками измерения, а выходы приемников ионов соединены с блоком измерения параметров пылевых частиц, кварцевые пластины соединены с соответствующими генераторами, все подложки соединены с измерителем поверхностного сопротивления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для исследования процессов деградации материалов в космических условиях.

Известны устройства для регистрации пылевых частиц (Clinton S., Naumann R. Pegasus satellite measurements of meteoroid penetration. Feb. 11-Dec.2l. l965. NASA. Techn. Mem. TMX - 1216, 1966), содержащие раскрываемую оболочку (поверхность) в качестве детектора как регистратора факта пробивания поверхности техногенными и микрометеороидными частицами (Левановский В.И. Механика космического полета. М.: 1980, с. 158), а также конденсаторные пленочные структуры (МДМ-структуры), регистрирующие лишь факт взаимодействия частиц с преградой (С.Т.Д. Aiatovo et al. Astrophys. 1977, 11, р.239).

Существенным недостатком этих устройств является то, что характеристики частицы (скорость, масса, плотность) не могут быть определены.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является выбранное в качестве прототипа устройство для определения параметров пылевых частиц (А.С.СССР 1830499 от 13.10.92), содержащее общее основание, мишень, выполненную из слоя диэлектрика и металлической обкладки, на фиксированном расстоянии установлена система плоско-параллельных металлических пластин, пластины, мишень и пластины соединены с источником питания.

Недостатком указанного устройства является отсутствие возможности определения характеристик материалов космических аппаратов (оптических, а также динамики изменения поверхностного состояния исследуемых образцов, обусловленной влиянием пылевой и газовой компонент собственной внешней атмосферы космических аппаратов).

В основу изобретения поставлена задача повысить информативность устройства, возможность изучения деградации материалов при эксплуатации в космических условиях, а также оценки их оптических характеристик.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для регистрации пылегазовой компоненты собственной внешней атмосферы космических аппаратов, содержащем мишень, приемник ионов, согласно изобретению мишень выполнена из нескольких подложек с нанесенными на них исследуемыми материалами, на фиксированном расстоянии от мишени соответственно на каждой из них установлены приемники ионов в виде двухфазной штыревой решетки, на каждой подложке нанесены контактные площадки, над двумя подложками с одинаковым материалом установлены пластины из кварцевого стекла и металла соответственно, над третьей подложкой из того же материала установлены две кварцевые пластины, чувствительные поверхности которых направлены в сторону подложек и противоположно им, в плоскости подложек установлены датчики интенсивности света и температуры, причем выходы приемников ионов соединены с блоком измерения параметров пылевых частиц, кварцевые пластины соединены с соответствующими генераторами, все подложки соединены с измерителем поверхностного сопротивления, а датчики температуры и интенсивности света соединены с соответствующими измерителями.

На фиг.1 изображен общий вид устройства совместно с блоками измерения и обработки информации, на фиг.2 - вид устройства сверху.

На общем основании 1 устройства установлена мишень, выполненная из нескольких подложек с нанесенными материалами 2, на поверхности которых нанесены контактные площадки 3. Над каждой из подложек установлены приемники ионов в виде штыревой двухфазной решетки 4, над тремя подложками с одинаковым материалом установлены соответственно металлическая пластина 5, пластина из кварцевого стекла 6, две кварцевые пластины 7, чувствительные поверхности которых направлены в разные стороны, датчики температуры 8 и интенсивности света 9, контактные площадки 3 соединены с блоком измерения поверхностного сопротивления 10, выходы приемников ионов 4 соединены с блоком 11 измерения параметров пылевых частиц, кварцевые пластины 7 соединены с высокочастотным генератором 12, выходы датчиков температыры 8 и интенсивности света 9 соединены с блоком измерения 13, выходы блоков 11, 12 и 13 соединены с блоком обработки информации 14.

Устройство для регистрации пылегазовой компоненты собственной внешней атмосферы космических аппаратов функционирует следующим образом.

При соударении частицы с какой-либо из подложек 2 со скоростью более 1 км/с в приемнике ионов 4 образуется импульс тока (напряжения), параметры которого кореллированы с параметрами частицы. В блоке 11 измерения параметров пылевых частиц производится обработка сигнала в соответствии с алгоритмом (см. А.С.СССР. 1830499 от 13.10.1992 г. "Устройство для измерения физических характеристик микрометеороидных пылевых частиц". Семкин Н.Д. и др. ). В блоке 11 производится оценка массы и скорости частицы. Низкоскоростные пылевые частицы (частицы собственной внешней атмосферы) регистрируются также в приемнике ионов 4 по наведенному в нем заряду (предполагается, что частица заряжена до заряда -10^-1310^-15 Кл). Измерение массы пленки, образующейся в результате процессов адсорбции и десорбции материалов, осуществляется с помощью кварцевых пластин 7 (кварцевых весов), чувствительные поверхности которых направлены на подложку и от подложки, что позволяет определять набегающий поток собственной внешней атмосферы и процесс газовыделения с материала подложек. Установка пластин 5 и 6 (фиг.1) позволяет исследовать процессы на поверхности материалов в зависимости от ультрафиолетового излучения (кварцевое стекло 6, заслоняющее исследуемый материал) и при воздействии только вакуума (металлическая пластина 5). Приращение массы вещества, осаждающегося на чувствительной поверхности кварцевых весов (пластины 7), является функцией частоты генератора 12. Чувствительность кварцевых весов ~ 10^-9 грамм. Таким образом, с помощью двух кварцевых пластин возможно регистрировать процессы на поверхности материалов во времени. Осаждение потокогазовых частиц на кварцевые пластины в виде тонких пленок изменяет поверхностное сопротивление образцов материалов. В блоке 10 измерения поверхностного электрического сопротивления производится оценка удельного сопротивления осажденной пленки. Таким образом, с помощью кварцевых весов определяется масса вещества, удельное сопротивление пленки на поверхности исследуемых материалов.

В памяти блока обработки 14 закладываются данные модельных экспериментов, проводимых в лабораторных условиях с помощью ускорителей частиц, источников протонов, электронов и ультрафиолета. После экспонирования образцов материалов в космических условиях производится сравнение результатов с лабораторными экспериментами. При условии набора необходимой статистики могут быть установлены оценки оптических характеристик материалов, определяемых, например, с помощью фотометрии в лабораторных условиях и с помощью измерений, проводимых в космосе предлагаемым устройством. В настоящее время имеется обширный экспериментальный материал по изучению оптических характеристик конструкционных материалов элементов космических аппаратов, облучаемых пылевыми частицами, протонами, ультрафиолетом (см., например, Акишин А.Н., Новиков Л.С. Методы имитации воздействия окружающей среды на материалы космических аппаратов. ч.1. М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1986).

С помощью предлагаемого устройства возможно исследование поведения материалов в условиях воздействия как отдельных факторов космической среды, так и ее суммарного воздействия путем измерения параметров пылевых и газовых частиц, а также электрической характеристики поверхности материалов.

Сравнение полученных данных в реальных условиях с результатами многочисленных наземных экспериментов с учетом соответствующей наработанной статистики позволяет с помощью предложенного устройства производить оценку оптических характеристик исследуемых материалов.