空间微小碎片探测器研制

论文摘要

随着人类航天活动的开展,空间碎片越来越多,对人类的正常航天活动造成了严重影响。空间微小碎片和微流星体对航天器的危害主要是表面剥蚀或沙蚀,造成表面器件损伤,导致航天器系统故障,对航天器正常运行,带来极大危害。了解空间微小碎片和微流星体的机制,对保障航天安全有重要作用。空间微小碎片和微流星体的数据源比较少,各个工程模型之间有很大的差异,进行空间微小碎片和微流星体的探测对于建立和完善工程模式非常必要。本文分析了空间碎片和微流星体的危害,提出了研制空间微小碎片探测器的意义。对空间微小碎片的探测现状进行了大量调研,特别对利用PVDF压电材料进行空间探测进行了详细研究。对PVDF特性进行了研究,详细分析了碎片撞击PVDF传感器产生的信号特性,结合飞行时间法论述了探测空间微小碎片和微流星体质量和速度的原理。对探测对象进行了详细的分析和计算,选择了合适直径范围的探测对象。在此基础上提出了性能指标和技术方案。随后给出了探测器详细的物理设计方案并对从探头设计到每个单元电路的实现过程进行了详细论述。最后对整机性能进行了测试,并提出了标定方案和几点探测器的改进方案,并且提出了一种更加精确的二维位置探测器的大体设计方法。空间微小碎片探测器是我国第一次研制的天基微小碎片和微流星体探测仪器,功耗小,性能好,能够长时间在太空中工作,是一种新型高效的探测器。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 空间碎片和微流星体
• 1.2 空间碎片和微流星体的危害
• 1.3 微小空间碎片探测器研制的目的和意义
• 第二章 空间碎片探测技术
• 2.1 地基探测
• 2.1.1 望远镜观测
• 2.1.2 雷达探测
• 2.1.3 地基空间监测网
• 2.2 天基探测
• 2.2.1 天基远程探测
• 2.2.2 采样分析
• 2.2.3 天基直接探测
• 第三章 微小空间碎片和微流星体探测现状
• 3.1 采样分析技术现状
• 3.2 各种天基直接探测器
• 3.2.1 半导体和等离子探测器
• 3.2.2 PVDF探测器
• 3.2.3 其它探测器
• 3.2.4 新型探测技术总结和展望
• 第四章 研制目标及性能指标
• 4.1 研制目标
• 4.2 性能指标
• 第五章 技术方案
• 5.1 探测对象分析
• 5.1.1 碰撞概率分析
• 5.1.2 碎片速度探测范围
• 5.1.3 碎片材质分析
• 5.2 PVDF传感器特性分析
• 5.2.1 PVDF传感器探测原理
• 5.2.2 玻璃碎片的撞击实验
• 5.2.3 铁碎片的撞击实验
• 5.3 探测对象的选择及前放设计
• 5.4 探头设计
• 5.4.1 传感器探头设计
• 5.4.2 传感器的温度控制
• 5.5 电子学设计
• 第六章 实现过程
• 6.1 空间碎片探测器研制时间节点
• 6.2 探头结构设计
• 6.3 单元电路设计
• 6.3.1 电荷灵敏前置放大器
• 6.3.2 脉冲成形电路
• 6.3.3 脉冲放大电路
• 6.3.4 峰保电路
• 6.3.5 二次电源电路
• 6.3.6 电压比较器
• 6.3.7 A/D变换器
• 6.3.8 飞行时间法电路
• 6.3.9 计算机电路
• 6.3.10 计算机程序
• 6.3.11 数据格式
• 6.3.12 电缆接口
• 6.3.13 电路扳外观
• 第七章 测试结果
• 第八章 进一步工作
• 8.1 定标方案
• 8.2 仪器的改进
• 8.3 一种更加精确探测器的设计
• 8.3.1 探测原理
• 8.3.2 传感器没计
• 8.3.3 前放整形电路设计
• 8.3.4 结论
• 第九章 结论及总体评价
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢