[发明专利]一种用于测量空间站在轨充电电位的装置

说明书

本发明属于航天空间站在轨充电电位测量设备技术领域，具体地说，涉及一种用于测量空间站在轨充电电位的装置，包括：圆盘形传感器、第一电位测量电路、第二电位测量电路、数据处理器和数字显示器；所述圆盘形传感器，用于实时与空间等离子体相互作用,产生感应电位，并分别将其输入至第一电位测量电路和第二电位测量电路；所述第一电位测量电路，用于根据实时圆盘形传感器产生的感应电位，计算第一电位差；所述第二电位测量电路，用于根据实时圆盘形传感器产生的感应电位，计算第二电位差；所述数据处理器，用于根据第一电位差和第二电位差，得到空间站在轨充电电位，并将其输入至数字显示器；所述数字显示器，用于显示空间站在轨充电电位。

技术领域

本发明属于航天空间站在轨充电电位测量设备技术领域，具体地说，涉及一种用于测量空间站在轨充电电位的装置。

背景技术

空间站包括天和核心舱、问天实验舱和梦天实验舱，将搭载许多复杂的科学仪器，并将有人长期值守。

空间站运行轨道一般为400km，空间站在轨运行期间与空间电离层等离子体相互作用，会造成空间站表面带电。而空间站使用的高压电池阵，会使得空间站表面带电状态进一步恶化。通常情况下，由于空间等离子体温度比较低，单纯等离子体充电通常不会超过-10V。但是，当使用高压电池阵时，通常造成空间站带有较高的充电电位；其中，空间站充电电位是指空间站舱地相对空间等离子体的电位。

国际空间站使用160V高压电池阵供电，最初的理论模型计算显示高压电池阵和等离子体相互作用会使国际空间站处于负-140V以上的充电电位。国际空间站在设计上采取了一系列措施，最低充电电位仍有负的七八十伏。目前，针对空间站所使用的高压电池阵，理论上会产生几十伏、甚至上百伏的充电电位。空间站较大的充电电位对空间站自身仪器和航天员的安全都可能构成威胁。

因此，现有技术中并没有用于监测和测量空间站在轨充电电位的装置，也不能实时获取空间站在轨运行期间的充电电位的数据，不利于开展充电电位的风险评估。

发明内容

为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种用于测量空间站在轨充电电位的装置，该装置包括：圆盘形传感器、第一电位测量电路、第二电位测量电路、数据处理器和数字显示器；

圆盘形传感器固定绝缘设置在空间站的舱体外，并朝向空间站在轨运行的迎风面；第一电位测量电路、第二电位测量电路、数据处理器和数字显示器均设置在空间站舱内；圆盘形传感器分别与第一电位测量电路、第二电位测量电路通信连接；第一电位测量电路、第二电位测量电路均与数据处理器通信连接，数据处理器与数字显示器通信连接；

所述圆盘形传感器，用于实时与空间等离子体相互作用,产生感应电位，并分别将其输入至第一电位测量电路和第二电位测量电路；

所述第一电位测量电路，用于根据实时圆盘形传感器产生的感应电位，计算第一电位差；

所述第二电位测量电路，用于根据实时圆盘形传感器产生的感应电位，计算第二电位差；

所述数据处理器，用于根据第一电位差和第二电位差，得到空间站在轨充电电位，并将其输入至数字显示器；

所述数字显示器，用于显示空间站在轨充电电位。

作为上述技术方案的改进之一，所述圆盘形传感器为金属圆盘探头或金属圆盘传感器。

作为上述技术方案的改进之一，所述第一电位测量电路包括：高阻值电阻、反馈电阻、运算放大器和AD采集器；

高阻值电阻接入运算放大器的反向输入端，运算放大器的公共输出端连接AD采集器，且反馈电阻并联在运算放大器的反向输入端和公共输出端上，运算放大器的同相输入端接入空间站舱地；

根据实时采集的空间站外空间等离子体的电位，计算第一电位差：