一种航天器尾区离子环境地面模拟方法

摘要

本发明提供了一种航天器尾区离子环境地面模拟方法，本发明中利用特定等离子体源和离子加速栅网相结合，能够有效的产生地面极轨卫星尾区充电实验所需的极轨离子环境，具有结构简单的优点。该方法包括：根据能量守恒定理设计离子加速栅网与等离子体源中主阳极栅网的偏置电压，利用查理-朗缪尔方程求解等离子体源的主阳极栅网与离子加速栅网之间的距离d；实验时，控制等离子体源产生离子；打开离子加速栅网的电源，形成平行电场，等离子体源产生的离子在平行电场的作用下被引出形成离子束流；开启法拉第杯，测量离子束束流强度，当强度达到要求时，开始进行该尾区离子环境中的实验。

主权项

一种航天器尾区离子环境地面模拟方法，用于中低轨道航天器尾区离子环境模拟，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一、计算到达航天器缩比模型的离子束流的充电电流密度j；到达航天器缩比模型的离子束流所需满足的条件为：离子密度n为所在轨道的离子密度，离子速度v为所在轨道上航天器的速度，则到达航天器缩比模型的离子束流的充电电流密度为：j＝qnv，其中，q为单个离子所带的正电荷；步骤二、在真空室内进行如下设置：在等离子体源出口前方增加一离子加速栅网(9)，该离子加速栅网(9)与等离子体源出口处的主阳极栅网(8)平行；航天器缩比模型(10)和法拉第杯(11)并排置于离子加速栅网(9)前方，且法拉第杯(11)与航天器缩比模型(10)的前端对齐；其中，离子加速栅网(9)的设计为：设，m为等离子体源产生的一个离子的质量，V₁为已知的所述主阳极栅网(8)的电压，V₂为待求的离子加速栅网(9)电压，主阳极栅网(8)与离子加速栅网(9)之间的偏置电压为U，ε₀为真空空间介电常数，d为待求的主阳极栅网(8)与离子加速栅网(9)之间的距离；根据能量守恒定理qU＝1/2mv²，计算主阳极栅网(8)与离子加速栅网(9)之间的偏置电压从而得到离子加速栅网(9)电压V₂＝V₁‑U；然后，将偏置电压U和步骤一计算得到的充电电流密度j代入查理‑朗缪尔方程求解主阳极栅网(8)与离子加速栅网(9)之间的距离d；步骤三、实验时，将真空室(12)抽成真空状态，控制等离子体源产生离子；打开离子加速栅网的电源，形成平行电场，等离子体源产生的离子在平行电场的作用下被引出形成离子束流；步骤四、开启法拉第杯(11)，测量离子束束流强度，待离子束束流强度达到j±△₁范围内，△₁为设定的强度误差范围，则认为离子束束流强度满足要求，尾区离子环境模拟成功，开始进行该尾区离子环境中的实验；如果超出j±△₁的强度范围，则调整距离d，直到离子束束流强度满足要求，再开始地面实验。