本发明专利技术涉及一种用于高温超导空间碎片消除的磁悬浮实验装置，包括矩形截面跑道形低温超导线圈、可升降的冷却平台、高温超导块材、模拟碎片、以及辅助的低温杜瓦及制冷设备和真空泵等；矩形截面的跑道形低温超导线圈水平放置，可升降冷却平台在低温超导线圈的上方对称面位置，平台上放置高温超导块材，模拟碎片搭载在高温超导块材上。低温超导线圈进入超导状态后，高温超导块材再被冷却，利用钉扎效应连同搭载在上面的模拟碎片就会悬浮在原处，高温超导块材可以无阻力地在水平方向局部范围内自由运动，当激光轰击在模拟碎片上时，表面材料出现局部烧蚀汽化，其反作用力驱动模拟碎片开始运动，通过测量模拟碎片的位移、速度、加速度和姿态的变化。度和姿态的变化。度和姿态的变化。
【技术实现步骤摘要】
一种用于高温超导空间碎片消除的磁悬浮实验装置
[0001]本专利技术涉及超导电磁悬浮
，具体涉及一种用于高温超导空间碎片消除的磁悬浮实验装置，可应用于相关实验测试仪器，地面高速交通工具等领域。
技术介绍
[0002]随着人类空间发射活动的增多，遗留、废弃在地球周边太空轨道上的各种人造飞行器及碎片也越来越多，这些碎片以大于第一宇宙速度的速度飞行，对重新发射过程和工作中的有效空间卫星、空间站造成巨大的安全威胁。一直以来，人类提出各种办法逐步清除这些太空垃圾，包括利用主动式空间飞行器抓取、抛撒飞网捕获，或者地面高能激光轰击等方法，其中，在地面利用高能激光束轰击飞行中的空间碎片，金属碎片表面被瞬间加热相变释放气体产生反推作用力，能够有效改变空间碎片的飞行速度和路径，使其逐渐失速，最后坠入大气层烧毁，这种方法相对于其他方法成本较低，安全可靠。为了研究激光参数对空间碎片的作用效果，需要在地面上进行相关的太空环境模拟实验，包括模拟太空的高真空、微重力和超低温极端环境。现有技术(参考专利：申请号201510013185.4，申请号201510013431.6)产生的载荷自由悬浮区间非常有限，在激光打靶的路径上存在阻力，很难有效地模拟空间微重力环境。
技术实现思路
[0003]本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术在打靶方向上存在阻力以及自由悬浮区间很短的不足和缺陷，提供一种用于高温超导空间碎片消除的磁悬浮实验装置，其为能够使载荷在打靶方向直线段自由悬浮的装置及方法，模拟空间的微重力环境。该方案利用跑道形低温超导线圈产生空间直线上分布均匀的磁场，利用高温超导体的钉扎效应实现稳定磁悬浮，场冷情况下，超导体(携带载荷)被钉扎在均匀分布磁场的直线上，能够自由无阻力地沿着直线运动，而其他方向被约束，很好地模拟激光打靶方向的太空微重力状态，结合低温杜瓦的高真空和超低温环境，比较完全地模拟了空间实际环境，为地面实施空间碎片激光轰击效果实验提供了良好的地面模拟实验平台。
[0004]本专利技术解决上述问题采用的技术方案为：一种用于高温超导空间碎片消除的磁悬浮实验装置，包括：矩形截面跑道形低温超导线圈、可升降的冷却平台、高温超导块材和模拟碎片。其中：矩形截面的跑道形低温超导线圈水平放置，可升降冷却平台在低温超导线圈的上方或下方对称面位置，平台上放置高温超导块材，模拟碎片搭载在高温超导块材上。利用矩形截面的跑道形低温超导线圈在其上方或下方产生水平方向均匀分布的竖直方向磁场，利用高温超导块材的钉扎效应实现竖直方向的稳定磁悬浮和水平方向上的自由运动；跑道形低温超导线圈先进入超导状态产生磁场，高温超导块材再进入超导状态锁定磁通，触发钉扎效应，然后可移动冷却平台离开，高温超导块材进入磁悬浮状态；模拟碎片连同模拟碎片被激光轰击加速以后，运动到末端位置以后会向上摆动和减速，丧失水平自由悬浮状态，然后又向回运动到初始位置，此时可升降冷却平台回到初始位置对高温超导块材进
行捕获，以便进入下一轮激光轰击实验。
[0005]进一步地，用于高温超导空间碎片消除的磁悬浮实验装置还包括辅助的低温杜瓦及制冷设备和真空泵、励磁电源等；低温超导线圈、可升降冷却平台、高温超导块材及模拟碎片都放置在低温杜瓦内，高温超导块材位于跑道形线圈上方或下方长度方向对称面内，在真空泵的工作下，杜瓦内的空气被抽出接近真空，阻断了热传导和对流，加上杜瓦内衬超级绝热层的防热辐射作用，杜瓦内的部件与外界常温环境热隔离，制冷设备开始运作，跑道形超导线圈被逐步降温至临界温度以下，进入超导态。励磁电源给跑道形超导线圈通电，梯度地提高其载流至额定值，在线圈周边产生稳定磁场，励磁电源进入恒流状态。磁场稳定以后，制冷设备通过可升降冷却平台给高温超导块材降温，当冷到临界温度以下时，高温超导块材位置的磁通被锁定在高温超导块材内，形成钉扎效应，可升降冷却平台移开，高温超导块材，连同搭载在上面的模拟碎片就会悬浮在原处，低温超导线圈在跑道直线段对称面上方或下方位置产生了水平方向均匀分布的磁场，因此在水平低温超导线圈水平方向上高温超导块材可以无阻力地自由运动，当激光轰击在模拟碎片上时，表面材料出现局部烧蚀汽化，其反作用力驱动模拟碎片开始运动，通过测量模拟碎片的位移、速度、加速度和姿态的变化，既可以得出不同剂量的激光轰击会对模拟碎片产生的影响程度，从而分析和预见外太空碎片在地面激光轰击下的运动状态变化和轨迹。
[0006]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0007](1)利用高温超导体的钉扎效应实现无接触磁悬浮，高温超导块材进入悬浮状态以后，除了水平方向上能够左右自由运动，上下和前后稳定性好；
[0008](2)杜瓦内的高真空超低温环境与外太空相似；
[0009](3)跑道形低温超导线圈进入超导状态后，电阻为零，通电后没有电能消耗，也就没有焦耳热，杜瓦内的低温环境不会发生变化；
[0010](4)一组实验结束后，被加速的模拟碎片到达均匀区的末端，自动向上爬升减速，然后又会自动回复到最初的初始位置，通过可升降冷却平台将其挡住，很方便地进入下一轮实验。
附图说明
[0011]图1为矩形截面跑道形低温超导线圈的结构形状及其与高温超导块材、可升降冷却平台和模拟碎片的相对位置示意图；
[0012]图2为低温线圈前后对称面上周边磁场等势面的示意图，可以看出在上下存在两个水平方向的均匀区；
[0013]图3当低温超导线圈和高温超导块材进入磁悬浮状态以后，可升降平台移开；
[0014]图中：1.低温超导线圈；2.高温超导块材；3.模拟碎片；4.可升降冷却平台。
具体实施方式
[0015]下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本专利技术。
[0016]本专利技术提出了一种用于高温超导空间碎片消除的磁悬浮实验装置，包括：矩形截面跑道形低温超导线圈，低温超导线圈可以利用NbTi低温超导线绕制，环氧固化和绑扎加强等工艺制造，绕制在金属骨架上，通过引线和杜瓦外的励磁电源相连接，可升降的冷却平
台为金属平台，比如紫铜加工制造，与制冷机连接，可以通过可控运动机构上下升降和热接触开关实现与制冷机的接触和断开。高温超导块材为高温超导体，一般为YBCO高温超导体。模拟碎片可以模拟空间碎片的材料进行预制。辅助的低温杜瓦为真空密封容器，前述部件装在内部，制冷设备可以是低温制冷机或者液氦回流管，进入杜瓦内部，给前述部件进行降温，真空泵为杜瓦抽真空、励磁电源给超导线圈通电励磁，辅助部件为常用部件，没有专门在附图中绘出。矩形截面的跑道形低温超导线圈在杜瓦内水平放置，通过绝热拉杆悬挂杜瓦内，可升降冷却平台在低温超导线圈的上方或下方对称面位置，平台上放置高温超导块材，模拟碎片搭载在高温超导块材上。低温超导线圈、可升降冷却平台、高温超导块材及模拟碎片都放置在低温杜瓦内，高温超导块材位于跑道形线圈上方或下方长度方向对称面内。
[0017]在真空泵的工作下，杜瓦内的空气被抽出最后接近真空，阻断了低温超导线圈，高温超导块材、模拟碎片和可升降冷却平台与常温环境的热传递。制冷本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于高温超导空间碎片消除的磁悬浮实验装置，其特征在于：包括：矩形截面跑道形低温超导线圈、可升降的冷却平台、高温超导块材和模拟碎片，其中：矩形截面的跑道形低温超导线圈水平放置，可升降冷却平台在低温超导线圈的上方或下方对称面位置，平台上放置高温超导块材，模拟碎片搭载在高温超导块材上，利用矩形截面的跑道形低温超导线圈在其上方或下方产生水平方向均匀分布的竖直方向磁场，利用高温超导块材的钉扎效应实现竖直方向的稳定磁悬浮和水平方向上的自由运动；跑道形低温超导线圈先进入超导状态产生磁场，高温超导块材再进入超导状态锁定磁通，触发钉扎效应，然后可移动冷却平台离开，高温超导块材进入磁悬浮状态；模拟碎片连同模拟碎片被激光轰击加速以后，运动到末端位置以后会向上摆动和减速，丧失水平自由悬浮状态，然后又向回运动到初始位置，此时可升降冷却平台回到初始位置对高温超导块材进行捕获，以便进入下一轮激光轰击实验。2.根据权利要求1所述的用于高温超导空间碎片消除的磁悬浮实验装置，其特征在于：还包括辅助的低温杜瓦及制冷设备和真空泵、励磁电源；低温超导线圈、可升降冷却平台、高温超导块材及模拟碎片都放置在低温杜...
【专利技术属性】
技术研发人员：王厚生，全林，王晖，王鲲鹏，王建超，张艳，马本栋，吴文堂，李然，李泠，彭爱武，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：
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