本发明专利技术涉及一种高轨星用材料带电效应地面模拟试验装置及方法，属于测量领域。所述装置包括屏蔽室、真空室、电子加速器、屏蔽壳、等离子体源、样品台、绝缘垫、真空抽气系统、三维传动机构、示波器、脉冲电流探针、非接触电位计、摄像头，以及可调电源。所述方法包括开启真空抽气系统给真空室抽真空；开启等离子体源模拟GEO轨道等离子体带电环境；开启电子加速器模拟GEO轨道高能电子带电环境；利用脉冲电流探针和示波器监测材料样品放电瞬态脉冲，利用非接触式电位计监测材料样品的表面电位，利用摄像头记录二次放电现象。采用电子加速器和等离子体源，能较好的模拟高轨道在地磁亚暴时的带电环境，适用于测量各种星用材料的带电效应。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于测量领域。
技术介绍
GEO的空间带电环境由两部分组成。首先是地磁亚暴等离子体，当太阳耀斑发生时，太阳风与地球磁场相互作用会产生地磁亚暴现象，此时在地球同步轨道会产生能量在I 50keV，密度在IO5 106m_3范围内的大通量等离子体，会使GEO卫星表面充电至万伏以上；其次，GEO处于地球外辐射带的边缘，高能电子能量在0.1 IOMeV,通量在107e/cm2 *s的范围左右，大通量高能电子容易使GEO卫星产生内带电效应。当材料中电荷的积累率高于电荷的泄放率时，这些电荷产生的电场不断增强，当超过材料的击穿阈值时，就会造成材料的击穿，引起材料的静电放电，产生的电磁脉冲会引起卫星不同程度的损坏，造成数据翻转，干扰甚至破坏电子系统的正常工作，严重时会导致航天器完全失效。因此，表面带电和内带电所产生的放电是通信和气象等地球高轨道卫星产生故障的主要原因。随着我国空间应用技术的不断发展，GEO轨道的导航卫星、通信卫星、气象卫星等的数量越来越多，对GEO轨道·星用材料带电效应的研究是势在必行。目前，我国对星用材料带电效应的认识还不够深入，缺乏有效的防护方法和设计手段，无法完全保证GEO轨道卫星的在轨稳定运行。因此，亟需开展高地球轨道星用材料带电效应地面模拟试验的研究。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是:针对高地球轨道中同时存在等离子体和高能电子的空间带电环境，提供，利用电子加速器和等离子体源模拟高轨的高能电子和等离子体，开展星用材料带电效应地面模拟试验。本专利技术的技术方案如下:一种高轨星用材料带电效应地面模拟试验装置，所述装置包括屏蔽室、真空室、电子加速器、屏蔽壳、等离子体源、样品台、绝缘垫、真空抽气系统、三维传动机构、示波器、脉冲电流探针、非接触电位计、摄像头，以及可调电源。在真空室内部，电子加速器和摄像头安装在真空室顶部；等离子体源安装在真空室侧壁，在等离子体源的外围设有屏蔽壳，防止电子将等离子体源损坏；样品台安装在真空室底面上，样品台上设置绝缘垫；材料样品放置在绝缘垫上表面，在材料样品下表面设有金属背电极；所述材料样品与真空室外的可调电源连接。三维传动机构位于真空室内，三维传动机构上设有非接触式表面电位计探头；在真空室外，真空抽气系统与真空室连接；示波器、脉冲电流探针、非接触电位计位于屏蔽室内，非接触电位计一端接地，另一端与穿过屏蔽室和真空室与非接触式表面电位计探头连接；连接材料样品金属背电极的导线穿过真空室和屏蔽室后在屏蔽室内接地，在导线上设有脉冲电流探针，所述脉冲电流探针与示波器连接。其中，优选所述金属背电极为导电金属胶带。一种高轨星用材料带电效应地面模拟试验方法，包括以下步骤:步骤一、开启真空抽气系统给真空室抽真空；步骤二、开启等离子体源模拟GEO轨道等离子体带电环境；步骤三、开启电子加速器模拟GEO轨道高能电子带电环境；步骤四、利用脉冲电流探针和示波器监测材料样品放电瞬态脉冲，利用非接触式电位计监测材料样品的表面电位，利用摄像头记录二次放电现象。其中，优选所述步骤一中真空环境真空度要求低于3.0 X IO-4Pa0优选所述步骤二中等离子体源产生的等离子体温度范围为I 50KeV可调，密度范围为I X IO5 IX 106/m3可调。优选所述步骤三中电子加速器提供高能电子的能量范围在0.8 2.3MeV内可调，束流密度范围在I 25nA/cm2内可调。优选所述步骤四中采用CT-2脉冲电流探针监测材料样品瞬态放电脉冲，采用Trek341A非接触式电位计监测材料样品表面电位。 优选所述材料样品为高压太阳电池。 本专利技术与现有技术相比的有益效果是:(I)采用电子加速器和等离子体源，能较好的模拟高轨道在地磁亚暴时的带电环境;(2)高轨星用材料带电效应地面模拟试验装置及方法可操作性强，试验装置工作稳定，适用于测量各种星用材料的带电效应。附图说明图1是本专利技术的高轨星用材料带电效应地面模拟试验装置结构图。图中:1_屏蔽室、2-真空室、3-电子加速器、4-屏蔽壳、5-等离子体源、6-样平台、7-绝缘垫、8-材料样品、9-真空抽气系统、10-三维传动机构、11-示波器、12-脉冲电流探针、13-非接触电位计、14-摄像头。具体实施例方式如图1所示，为本专利技术的高轨星用材料带电效应地面模拟试验装置，所述装置包括屏蔽室1、真空室2、电子加速器3、屏蔽壳4、等离子体源5、样品台6、绝缘垫7、真空抽气系统9、三维传动机构10、示波器11、脉冲电流探针12、非接触电位计13、摄像头14，以及可调电源；在真空室2内部，电子加速器3和摄像头14安装在真空室2顶部；等离子体源5安装在真空室2侧壁，在等离子体源5的外围设有屏蔽壳4，防止电子将等离子体源5损坏；样品台6安装在真空室2底面上，样品台6上设置绝缘垫7 ;材料样品8放置在绝缘垫7上表面，在材料样品8下表面设有金属背电极，所述金属背电极为导电金属胶带；所述材料样品8与真空室2外的可调电源连接。三维传动机构10位于真空室2内，三维传动机构10上设有非接触式表面电位计探头；在真空室2外，真空抽气系统9与真空室2连接；示波器11、脉冲电流探针12、非接触电位计13位于屏蔽室I内，非接触电位计13一端接地，另一端与穿过屏蔽室I和真空室2与非接触式表面电位计探头连接；连接材料样品3金属背电极的导线穿过真空室2和屏蔽室I后在屏蔽室I内接地，在导线上设有脉冲电流探针12，所述脉冲电流探针12与示波器11连接。一种高轨星用材料带电效应地面模拟试验方法，包括以下步骤:步骤一、开启真空抽气系统9给真空室2抽真空，使真空度低于3.0X 10_4Pa ；步骤二、开启等离子体源5模拟GEO轨道等离子体带电环境，等离子体温度为IOKeV,密度为 I X 106/m3 ；步骤三、开启电子加速器3模拟GEO轨道高能电子带电环境，高能电子能量为IMeV，束流强度为5nA/cm2 ；步骤四、利用脉冲电流探针12和示波器11监测材料样品8放电瞬态脉冲，利用非接触式电位计13监测材料样品8的表面电位，利用摄像头14记录二次放电现象。所述脉冲电流探针12为CT-2脉冲电流探针，所述非接触式电位计13为Trek341A非接触式电位计。所述材料样品8为高压太阳电池。综上所述，以上仅为本专利技术的较佳实施例而已，并非用于限定本专利技术的保护范围。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围 之内。权利要求1.一种高轨星用材料带电效应地面模拟试验装置，其特征在于:所述装置包括屏蔽室(1)、真空室(2)、电子加速器(3)、屏蔽壳(4)、等离子体源(5)、样品台(6)、绝缘垫(7)、真空抽气系统(9 )、三维传动机构(10 )、示波器(11)、脉冲电流探针(12 )、非接触电位计(13 )、摄像头(14)，以及可调电源；在真空室(2)内部，电子加速器(3)和摄像头(14)安装在真空室(2)顶部；等离子体源(5)安装在真空室(2)侧壁，在等离子体源(5)的外围设有屏蔽壳(4)；样品台(6)安装在真空室(2)底面上，样品台(6)上设置绝缘垫(7);材料样品(8)放置在绝缘垫(7)上表面，在材料样品(8)下表面设有金属背电极；所述材料样品(8)与真空室(2)外的可调电源连接；三本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高轨星用材料带电效应地面模拟试验装置，其特征在于：所述装置包括屏蔽室（1）、真空室（2）、电子加速器（3）、屏蔽壳（4）、等离子体源（5）、样品台（6）、绝缘垫（7）、真空抽气系统（9）、三维传动机构（10）、示波器（11）、脉冲电流探针（12）、非接触电位计（13）、摄像头（14），以及可调电源；在真空室（2）内部，电子加速器（3）和摄像头（14）安装在真空室（2）顶部；等离子体源（5）安装在真空室（2）侧壁，在等离子体源（5）的外围设有屏蔽壳（4）；样品台（6）安装在真空室（2）底面上，样品台（6）上设置绝缘垫（7）；材料样品（8）放置在绝缘垫（7）上表面，在材料样品（8）下表面设有金属背电极；所述材料样品（8）与真空室（2）外的可调电源连接；三维传动机构（10）位于真空室（2）内，三维传动机构（10）上设有非接触式表面电位计探头；在真空室（2）外，真空抽气系统（9）与真空室（2）连接；示波器（11）、脉冲电流探针（12）、非接触电位计（13）位于屏蔽室（1）内，非接触电位计（13）一端接地，另一端与穿过屏蔽室（1）和真空室（2）与非接触式表面电位计探头连接；连接材料样品3金属背电极的导线穿过真空室（2）和屏蔽室（1）后在屏蔽室（1）内接地，在导线上设有脉冲电流探针（12），所述脉冲电流探针12）与示波器（11）连接。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王俊，陈益峰，李得天，杨生胜，秦晓刚，史亮，汤道坦，柳青，
申请(专利权)人：兰州空间技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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