一种航天器用宇宙线粒子屏蔽装置及航天器制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种航天器用宇宙线粒子屏蔽装置及航天器，包括至少一个沿航天器延伸方向依次排布的屏蔽板；所述屏蔽板中间具有一通孔，通孔处用于容纳所述航天器，所述屏蔽板自通孔处向外具有一延伸部；各个屏蔽板之间具有一定的间距；每个屏蔽板的侧面，分别设置有若干超导线圈，两侧的超导线圈分别施加方向彼此相反的横向超导磁场

【技术实现步骤摘要】
一种航天器用宇宙线粒子屏蔽装置及航天器


[0001]本专利技术属于航天器屏蔽结构
，涉及一种航天器用宇宙线粒子屏蔽装置及航天器
。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术
。
[0003]在远离地球的深空充斥着各种高能带电宇宙线粒子，它会对执行载人航天任务的航天员健康造成巨大的损害，例如诱发癌症等等
。
未来载人航天任务必须对航天员提供对于高能带电宇宙线粒子的辐射屏蔽
。
[0004]现有的近地轨道
(
如空间站等
)
上的载人航天活动仍然受到地球本身和地球磁场的相当大的屏蔽保护作用，而且任务时间通常只有几个月，因此宇宙线辐射屏蔽不足尚不构成航天员健康的严重威胁
。
但未来载人火星任务将完全脱离地球的屏蔽保护，而且来回的周期至少为两年左右，因此辐射屏蔽实际上是未来的载人火星任务的主要技术难点和制约因素之一
。
[0005]目前已经有实际应用的载人航天用的辐射屏蔽，是使用传统屏蔽材料，例如铝或聚乙烯等，做成
(
连续的
)
板放在粒子入射人体的轨迹上，起到屏蔽作用
。
通俗的说就是靠航天器的外壳来屏蔽
。
此屏蔽构型的好处是技术成熟，问题则是在航天发射能接受的外壳厚度上，它的屏蔽效果很差，实际上无法做到有效屏蔽
。
而若增加厚度使得其能够达到有效屏蔽的要求时，则外壳屏蔽材料的用量将是几百吨到几千吨的范围，实际上不具有航天发射的可行性
。
[0006]自上世纪
60
年代以来，国际上开始出现了以超导
(
只有使用超导材料才能避免电流的损耗
)
线圈产生强磁场，利用此磁场对入射的带电宇宙线粒子产生的洛伦兹力使得粒子轨迹偏折而被“反弹”回去，不射向航天员的屏蔽思路
。
这类屏蔽构型称为有源
(active)
屏蔽，与上述的传统无源
(passive)
屏蔽相对
。
此类屏蔽构型还处于论文仿真研究的阶段
。
此屏蔽构型的好处是不再使用成百上千吨的屏蔽材料重量，超导线圈及其结构支撑等的重量在航天发射可以承受的范围以内，就有可能达到足够的屏蔽效果
。
问题则是产生所需要的能够有效反弹高能带电粒子的强磁场就需要很大的超导电流，而这对超导体线圈本身的要求非常苛刻
。
例如现有论文的模拟研究最后选定的超导体线圈的材料是
YBCO(
钇钡铜氧
)
，这是因为它与其他超导材料相比，能够携带最大的超导电流，从而产生最强的磁场
。
但
YBCO
材料受其本身的物理
/
化学性质的制约，很难实现大批量高质量的工业化生产，使得其微观上具有足够高的均匀性而能实际应用在航天领域
。

技术实现思路

[0007]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种航天器用宇宙线粒子屏蔽装置及航天器，本专利技术结合了传统屏蔽板结构和超导线圈产生强磁场的屏蔽，将同时解决传统无源屏蔽的
重量过大而无法航天发射的问题，和超导磁铁的有源屏蔽的对超导线圈要求过高因而鲁棒性不足的问题
。
[0008]根据一些实施例，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种航天器用宇宙线粒子屏蔽装置，包括至少一屏蔽层，每层屏蔽层包括至少一个屏蔽板；
[0010]所述屏蔽板中间具有一通孔，通孔处用于容纳所述航天器，所述屏蔽板自通孔处向外具有一延伸部；
[0011]各个屏蔽板之间具有一定的间距；
[0012]每个屏蔽板的侧面，分别设置有若干超导线圈，两侧的超导线圈分别施加方向彼此相反的横向超导磁场
。
[0013]通过上述技术方案，屏蔽板为薄板形式，不再需要大量的屏蔽材料，大大减少了外壳屏蔽材料的用量，方便航天器的搭载，不会导致航天发射的困难
。
屏蔽板的侧面分别设置超导线圈，并施加方向彼此相反的横向超导磁场，磁场平行于此板并垂直于粒子入射方向，使得入射带正电粒子不论在板的哪一侧入射均偏折向板，粒子若在另一侧射出，则还可以被对侧磁场偏折后再次射向板，如此往复，不再需要超导磁场反弹带电粒子，对于线圈产生的磁场
、
以及相应的超导载流的要求也相应降低
。
[0014]作为可选择的实施方式，所述屏蔽板的材料为屏蔽材料
。
包括但不限于铝
、
聚乙烯等以及屏蔽板作为容器壁内乘的液氢
、
水等
。
[0015]作为可选择的实施方式，所述屏蔽板自通孔孔壁向外延伸距离大于等于1米
。
[0016]作为可选择的实施方式，所述屏蔽板为多个，沿航天器延伸方向依次排布；
[0017]所述屏蔽板的厚度相对于与相邻板的间隔至少低一个量级左右
。
[0018]作为可选择的实施方式，各个屏蔽层依次从内向外套设
。
[0019]作为可选择的实施方式，相邻屏蔽板之间的距离在米的量级
。
[0020]作为可选择的实施方式，所述屏蔽板沿着指向舱内航天员预设位置的方向
。
[0021]作为可选择的实施方式，所述超导线圈至少一部分缠绕成螺线管形式，所述螺线管的中心线和屏蔽板之间平行
。
[0022]作为进一步的，超导线圈单匝径向的尺寸等于或小于等于对应屏蔽板自通孔孔壁向外延伸的长度
。
[0023]作为可选择的实施方式，所述屏蔽结构也为圆周分布形状，入射粒子的方向位于圆周平面内，航天器位于屏蔽结构的圆周内侧，超导磁场的磁感线在屏蔽结构的外侧面环绕一周
。
[0024]作为可选择的实施方式，上述屏蔽结构作为单个屏蔽层，而航天器外部可以布置多个屏蔽层
。
[0025]一种航天器，外部设置有上述装置
。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0027]本专利技术与传统屏蔽材料的连续板屏蔽相比，屏蔽效果在一定程度上接近于厚度等于板在粒子入射方向上的沿伸尺寸的连续板，这个尺寸厚度可以很大，因而屏蔽效果好
。
而在此等效板的空间内部，传统屏蔽材料并不是连续填充，而是仅分布在厚度远小于板间距的板上，因而其用量和重量很小，航天发射可承受
。
[0028]本专利技术与超导线圈的有源屏蔽相比，并不需要超导磁场“反弹”带电粒子，使得其偏折角接近
180
度，而只需要使得带电粒子被偏折而入射传统屏蔽板，这个角度仅有几十度
。
因而对于线圈产生的磁场
、
以及相应的超导载流的要求也相应降低
。
这使得其可以采用超导载流小且临界强磁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种航天器用宇宙线粒子屏蔽装置，其特征是，包括至少一屏蔽层，每层屏蔽层包括至少一个屏蔽板；所述屏蔽板中间具有一通孔，通孔处用于容纳所述航天器，所述屏蔽板自通孔处向外具有一延伸部；各个屏蔽板之间具有一定的间距；每个屏蔽板的侧面，分别设置有若干超导线圈，两侧的超导线圈分别施加方向彼此相反的横向超导磁场
。2.
如权利要求1所述的一种航天器用宇宙线粒子屏蔽装置，其特征是，所述屏蔽板的材料为屏蔽材料；或，所述屏蔽板自通孔孔壁向外延伸距离大于等于1米
。3.
如权利要求1所述的一种航天器用宇宙线粒子屏蔽装置，其特征是，所述屏蔽层为多层，各屏蔽层依次从内向外套设
。4.
如权利要求1所述的一种航天器用宇宙线粒子屏蔽装置，其特征是，所述屏蔽板为多个，沿航天器延伸方向依次排布；所述屏蔽板的厚度相对于与相邻屏蔽板的间隔至少低一个量级
。5.
如权利要求4所述的一种航天器用宇宙线粒子屏蔽装置，其特征是，相邻屏蔽...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍然，
申请(专利权)人：山东高等技术研究院，
类型：发明
国别省市：