[发明专利]空间用四极滤质器及同时获得大气密度和大气成分的方法

说明书

技术领域

本发明涉及空间探测领域，尤其是涉及一种可以用于卫星、飞船及深空探测器的空间用四极滤质器及采用该空间用四极滤质器同时获得航天器运行轨道空间的自然大气密度和自然大气成分的方法。

背景技术

空间自然大气密度和自然大气成分是空间环境最重要的因素，其变化受到太阳活动、地磁扰动、经度、纬度、高度、星下点地方时、季节等因素的影响，是空间环境研究的主要对象。空间大气密度和大气成分探测已有数十年的历史。人类对大气密度和大气成分认识已有一定的基础。但是随着科学研究的深入、航天技术的广泛渗透，人类对空间大气密度、大气成分的认识开始上一个新的台阶，更高的探测需求得以提出。

自然大气密度是低轨航天器运行的主要阻力，也是影响航天器轨道控制精度、姿态控制精度以及在轨寿命的重要参数，而现有大气模型误差较大，尤其在太阳活动和地磁扰动时误差尤其明显，无法准确反映航天器运行轨道的大气参数，将对航天器的运行造成重大影响，因此获取高精度大气密度和成分的在轨实测数据对航天器尤为重要。而四极质谱计是测量大气密度和大气成分的一种重要手段。

四极质谱计是基于真空条件下电子轰击气体分子，电离后产生不同质荷比的离子由四极滤质器进行分离，并进行检测的动态质谱仪。空间用四极质谱计包含传感器即四极滤质器、电子线路和机械机构。其中，四极滤质器是指由直流和射频叠加的四极场构成的质量分析器。

已有技术存在的问题主要是四极质谱计，尤其是四极滤质器部分，功能单一，无法同时实现自然大气密度和自然大气成分的测量，且无法很好地适应空间环境，在经受空间力学振动、高低温、空间辐照等环境下，性能会发生下降；另一方面，由于以往探测装置在系统集成度方面的限制，很难在实现上述多种测量目标的同时，又能达到高集成度的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种空间用四极滤质器，其能够同时实现自然大气密度和自然大气成分的测量，还达到了高集成度、体积小的要求。

为解决上述技术问题，本发明提供一种空间用四极滤质器，该空间用四极滤质器包括：离子源组件、四极杆组件、芯柱组件、传感器管壳和后端处理电路，离子源组件和四极杆组件装在传感器管壳内且离子源组件装在四极杆组件上，芯柱组件连接在传感器管壳的底部并密封传感器管壳，芯柱组件还与后端处理电路相连；其中，所述离子源组件包括离子源、屏蔽栅、离子注入栅、准直器以及套筒连接件，且所述离子源、所述屏蔽栅、所述离子注入栅、所述准直器及所述套筒连接件自上至下依次相连；其中所述离子源包括：阴极和加速栅极；所述离子源组件还包括电子抑制栅、离子抑制栅及总量收集栅；所述电子抑制栅、所述离子抑制栅从上至下依次装在所述离子源上；所述总量收集栅连接在所述屏蔽栅和所述离子注入栅之间。

较佳地，离子源设有阴极阻尼支架，阴极阻尼支架用于支撑阴极。

本发明还提供一种同时获得航天器运行轨道空间的自然大气密度和自然大气成分的方法，该方法包括：吸收航天器运行轨道空间的自然大气中的自然电子；

吸收航天器运行轨道空间的自然大气中的自然离子，得到中性自然气体分子；

将所述中性自然气体分子电离成与大气压力成正比的离子流，吸引该离子流并进行收集，使一部分与大气压力成正比的离子流形成总量离子流；获得所述传感器管壳的取样室内的气体温度；结合总量离子流以及所述取样室内的气体温度信号，来计算所述航天器运行轨道空间的自然大气的密度；

调制未收集到且与大气压力成正比的离子流，以使该离子流平行地注入所述四极杆；再使所述离子流与四极杆径向平行；将该离子流分离成不同质荷比的离子；收集通过所述四极杆的离子流，得到质谱离子流；根据该质谱离子流获得所述航天器运行轨道空间的自然大气成分的质谱图信息，根据该质谱图信息即可获得所述航天器运行轨道空间的自然大气成分及其含量。

较佳地，在离子源组件中进行以下步骤：分别利用所述电子抑制栅、所述离子抑制栅相继吸收所述航天器运行轨道空间的自然大气中的自然电子、自然离子；并且，采用所述总量收集栅收集通过所述屏蔽栅的离子流。

较佳地，结合总量离子流以及取样室内的气体温度信号，根据下述关系式来计算所述航天器运行轨道空间的自然大气密度，其中，关系式为：