Детектор микрометеороидов и частиц космического мусора для малого космического аппарата «Аист-2» Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.384.82+ 629.78

ДЕТЕКТОР МИКРОМЕТЕОРОИДОВ И ЧАСТИЦ КОСМИЧЕСКОГО МУСОРА ДЛЯ МАЛОГО КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА «АИСТ-2»

© 2013 А. М. Телегин, Н. Д. Сёмкин

Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет)

Приведена конструкция датчика для исследования микрометеороидов и частиц космического мусора.

Высокоскоростное соударение, ионизация, микрометеороид.

В последние годы интерес к исследованию физических процессов на поверхности космических аппаратов (КА), проведению различных технологических процессов в космосе значительно возрос, что предполагает создание различной аппаратуры для их контроля. Это в первую очередь связано с повышением сроков функционирования космического аппарата [1].

На рис. 1 показан датчик МЕТЕОР-М.

При высокоскоростном ударе микрочастицы по мишени в ней начинают распространяться упругие волны, которые регистрируются пьезодатчиками. Происходит образование плазменного сгустка, который под действием внешнего электрического поля распространяется в сторону электродов ионизационного датчика, сигнал с которого снимается с помощью зарядочувствительного усилителя.

Рис. 1. МЕТЕОР-М: 1 - заземлённая сетка, 2 - электроды ионизационного датчика, 3 - пьезодатчики, подключенные к измерителям сигнала, 4,5,6 - мишень, 7 - усилитель с ионизационного датчика

При ударе частицы в мишень образуется плазма, скорость разлёта которой можно оценить по формуле

ил = к ■ V,

где k =

1

1+V Ру / р

- коэффициент про-

М

порциональности, зависящим от плотности частицы (ударника) рУ и плотности

кг

мишени рМ, —-; U т - скорость раздела

м

плазмы, м/с; V - скорость частицы при ударе, м/с.

Фронт разлёта импульса, регистрируемого приёмником, можно определить по формуле Ь

* ф =

U п

В экспериментах с выбранным первичным преобразователем в виде системы параллельных нитей получена зависимость между величиной заряда ионов от скорости и массы частиц: 0+ = с maVo

где a = 0,9+ 0,1, р = 2,8+0,5, с - постоянная, зависящая от свойств материала и приближённо равная 1 • 10-5.

Суммарный заряд ионов, возникших вследствие удара частицы о мишень, пропорционален площади под ионным импульсом:

Q + = J i(t)dt =-xj U(t)dt,

0 RВХ 0

где Q+ - суммарный заряд ионов, RBX -входное сопротивление усилителя, U(t) -зависимость напряжения на сетке ионизационного датчика от времени, t - длительность ионного импульса.

В состав аппаратуры МЕТЕОР-М входят: ПЗУ, реализованное на FLASH памяти для записи телеметрической информации; часы для контроля момента времени высокоскоростного соударения; генератор тестовых импульсов для создания тестовых упругих волн в мишени с целью проверки пьезодатчиков; температурный датчик; четыре пьезодатчика;

ионизационный датчик; пять зарядочув-ствительных усилителей; микроконтроллерный модуль.

Зарядочувствительный усилитель представляет собой многокаскадный усилитель с высоким входным сопротивлением и перестраиваемым коэффициентом усиления для подстройки с учётом уровня внешних помех.

МЕТЕОР-М для общения с внешними устройствами использует гальванически развязанный интерфейс RS232. С целью удалённого изменения программы микроконтроллерного модуля МЕТЕОР-М, выполненного на микросхеме фирмы Atmel, на разъём выведен порт программирования.

Обмен информацией с системой управления малого космического аппарата (МКА) «АИСТ-2» производится по двум каналам CAN2.0, один из которых является резервным.

Принцип работы микроконтроллерного модуля заключается в следующем. В случае прихода импульса сигнала от ионизационного либо пьезодатчика, превышающего пороговое значение, происходит включение микросхем FIFO, в которых прописывается данный импульс сигнала. Впоследствии данный импульс считывается с FIFO и записывается в ПЗУ. В случае подачи управления по внешним интерфейсам CAN происходит выдача этих данных.

Ионизационные датчики МЕТЕОР, подобно МЕТЕОР-М, были установлены на МКА «АИСТ». Эти датчики в процессе полёта зарегистрировали за время своего функционирования (около 12 часов) три воздействия, которые можно классифицировать как удар микрометеороидов.

Библиографический список

1. Семкин, Н.Д. Регистрация пылевых и газовых частиц в лабораторных и космических условиях [Текст] / Н.Д. Семкин, К.Е. Воронов, Л.С. Новиков. - Самара: СГАУ. - 2005. - 470 с.

DETECTOR OF MICROMETEOROIDS AND SPACE DEBRIS FOR THE SMALL SPACECRAFT AIST-2

© 2013 A. M. Telegin, N. D. Syomkin Samara State Aerospace University

The paper presents a design of a sensor for studying micrometeoroids and space debris.

Hypervelocity impact, ionization, micrometeoroids.

Информация об авторах

Телегин Алексей Михайлович, ассистент кафедры конструирования и производства радиоэлектронных средств, Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королёва (национальный исследовательский университет). Е-mail: [email protected]. Область научных интересов: высокоскоростной удар, космическое приборостроение.

Сёмкин Николай Данилович, доктор технических наук, профессор кафедры радиотехники и медицинских диагностических систем, Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва. Е-mail: [email protected]. Область научных интересов: высокоскоростной удар, масс-спектрометрия, космическое приборостроение.

Telegin Aleksey Mikhailovfch, teaching assistant, the department of design and construction of radioelectronic devices, Samara State Aerospace University. E-mail: [email protected]. Area of research: hypervelocity impact, space device engineering.

Syomkin Nikolay Danilovkh, professor of the department of design and construction of radioelectronic devices, Samara State Aerospace University. E- mail: [email protected]. Area of research: hypervelocity impact, mass spectrometry, space device engineering.