устройство измерения оптических характеристик ударносжатых прозрачных материалов элементов конструкции космического аппарата

Формула изобретения

Устройство для измерения оптических характеристик материалов элементов конструкции космического аппарата, содержащее регистратор параметров частиц в виде двух сеток, усилители ионного тока, мишень, отличающееся тем, что мишень выполнена в виде диска с прямоугольным вырезом, имеющего несколько исследуемых образцов покрытий и оптических элементов, с внешней стороны диска расположен лазер, с внутренней стороны расположен фотодиод, и симметрично относительно диска две ПЗС матрицы, к диску подсоединен шаговый двигатель, на расстоянии от диска установлены микроканальный вторично-электронный умножитель, элементы солнечной батареи, кварцевые весы и датчик интенсивности Солнца, причем сетки подключены к входу блока измерения скорости и заряда частиц, ПЗС матрицы подключены к входу блока измерения оптических характеристик, вторично-электронный умножитель подключен к блоку счета частиц, а выходы блоков измерения заряда и скорости частиц, оптических характеристик, обработки и памяти, а также датчика интенсивности Солнца подключены к блоку управления и обмена данными с каналом телеметрии.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области приборостроения, средств автоматизации и систем измерения и может быть использовано в ходе натурного эксперимента для измерения показателей деградации образцов поверхностных элементов космического аппарата (оптические стекла, терморегулирующие покрытия, солнечные батареи) под воздействием потоков высокоскоростных частиц, с учетом воздействия на исследуемые образцы других факторов космического пространства: потоков фотонов, ультрафиолета, а также собственной атмосферы космического аппарата.

Известен прибор "Прозрачномер" для измерения коэффициента направленного пропускания стекла ("Методы и средства диагностики гетерофазных потоков и эффектов их взаимодействия с материалами и системами космических аппаратов в ракетном эксперименте" в кн. под редакцией Ю.И.Портнянина и др. - Моделирование влияния факторов антропогенного загрязнения околоземного космического пространства на элементы конструкций и систем космических аппаратов. Москва, гидрометеоиздат, 1992 г.), содержащий излучающие светодиоды, приемный фотодиод, зеркала, измеряемое стекло, предварительный усилитель, генератор и синхронный детектор).

Недостатком данного прибора является отсутствие контроля параметров потока частиц, воздействующих на исследуемое стекло.

В качестве прототипа выбрано устройство для измерения физических характеристик микрометеоритных пылевых частиц, содержащее плоскую мишень, приемник ионов, две сетки, приемники ионов, блок измерения электронного и ионного импульсов (А.С. № 1830499, МПК G01T 1/34, опубл. 30.07.1993 г.).

Недостатком данного прибора является отсутствие возможности контроля оптических свойств мишени, подверженных деградации при воздействии потока частиц.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей (измерение коэффициента направленного пропускания, отражения, индикатриса рассеяния мишени) устройства для измерения физических характеристик микрометеоритных пылевых частиц.

Для достижения цели предлагается устройство для измерения оптических характеристик ударносжатых элементов конструкции космического аппарата, содержащее регистратор параметров частиц в виде двух сеток, усилители ионного тока, мишень, отличающееся тем, что мишень выполнена в виде диска с прямоугольным вырезом, имеющего несколько исследуемых образцов покрытий и оптических элементов, с внешней стороны диска расположен лазер, с внутренней стороны расположен фотодиод и симметрично относительно диска две ПЗС матрицы, к диску подсоединен шаговый двигатель, на расстоянии от диска установлены микроканальный вторично-электронный умножитель, элементы солнечной батареи, кварцевые весы и датчик интенсивности Солнца, причем сетки подключены к входу блока измерения скорости и заряда частиц, ПЗС матрицы подключены к входу блока измерения оптических характеристик, вторично-электронный умножитель подключен к блоку обработки и памяти, а выходы блоков измерения заряда и скорости частиц, оптических характеристик, обработки и памяти, а также датчика интенсивности Солнца подключены к блоку управления и обмена данными с каналом телеметрии.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображена рабочая поверхность устройства, на фиг.2 - разрез по А-А, на фиг.3 - положение измерения характеристик солнечных батарей.

Устройство для измерения оптических характеристик ударносжатых элементов конструкции космического аппарата, содержащее регистратор параметров частиц в виде двух сеток 1, мишень с прямоугольным вырезом, выполненную в виде диска 2, имеющего несколько исследуемых образцов покрытий и оптических элементов 3, с внешней стороны диска расположен лазер 4 (фиг.2), с внутренней стороны расположен фотодиод 5 и симметрично относительно диска две ПЗС матрицы 6, на оси диска установлен шаговый двигатель 7, в непосредственной близости от диска установлены микроканальный вторично-электронный умножитель 8, элементы солнечной батареи 9, кварцевые весы 10 и датчик интенсивности света 11, причем сетки подключены через усилители 12 к входу блока измерения скорости и заряда частиц 13, ПЗС матрицы подключены ко входу блока измерения оптических характеристик 14, вторично-электронный умножитель подключен к блоку счета частиц 15, а выходы блоков измерения заряда и скорости частиц, оптических характеристик, счета частиц и датчика интенсивности Солнца подключены к блоку управления и телеметрии 16, солнечная батарея 9 вместе с солнечной батарей опорного канала 17 подключены к блоку измерения 18.

Устройство работает следующим образом. При пролете частицы на сетках 1 поочередно возникает два импульса, поступающих через усилители 12 в блок измерения заряда и скорости 16. Далее частица попадает на поверхность диска 2 с образцами 3. При ударе частицы образуется поток ионов, разлет которых создает в сетках 1. При этом вторично-электронный умножитель 8 регистрируют потоки электронов, образованных при ударе частицы об мишень. Сигнал с вторично-электронного умножителя поступает на блок счета частиц 15. Кварцевые весы 10 регистрируют суммарную массу низкоскоростных пылевых частиц, оседающих на поверхность датчика, а датчик интенсивности Солнца 11 измеряет дозу ультрафиолета, полученную мишенью за время экспонирования. Таким образом, во время эксперимента фиксируются параметры микрометеоритов, воздействующих на мишень, с учетом влияния других факторов космического пространства.

После накопления на поверхности образцов необходимого количества кратеров от ударов частиц диск 2 поворачивается и поочередно вносит каждый из образцов 3 в зону измерения оптических характеристик, состоящую из полупроводникового лазера 4 (фиг.2), двух ПЗС-линеек 6, предназначенных для измерения индикатрисы прямого и обратного рассеяния, и фототранзистора 5, расположенного на линии оптического пучка лазера. Поворот диска на небольшой угол позволяет определить оптические характеристики в разных точках исследуемого образца. Сигнал с ПЗС линеек и фототранзистора поступает в блок измерения оптических характеристик 14, а затем в канал телеметрии 16. Вращающийся диск имеет прямоугольный вырез, который предназначен для калибровки измерительной схемы, когда в зазор между лазером 4 и фототранзистором 5 не внесен ни один из исследуемых образцов. Кроме того, при повороте диска на 180 градусов, прямоугольный вырез открывает солнечную батарею 17 (фиг.3), расположенную под диском, которая совместно с солнечной батарей 9 и блоком измерения 18 образует дифференциальный канал измерения их характеристик (тока короткого замыкания и напряжения холостого хода солнечных батарей). Основную часть времени солнечная батарея 17 закрыта вращающимся диском 2 и не накапливает ущерба от ударов микрометеоритов, а солнечная батарея 9 постоянно открыта, поэтому со временем на вход блока измерения 18 начинает приходить разностный сигнал с выходов двух батарей. Использование дифференциальной схемы измерения позволяет зарегистрировать появление малых изменений мощности солнечной батареи.