Малый космический аппарат для регистрации высокоскоростных микрочастиц

Полезная модель относится к области космического приборостроения и может быть использована для сбора данных о параметрах движения космических объектов - частиц космического мусора и микрометеороидов.
Известно устройство (АС № 1830499, МПК G01E 1/34, опубл. 13.10.2002), включающее в себя плоскую мишень с отверстиями, приемник ионов, блок обработки информации.
Недостатком такого устройства является невозможность использования мишени на большой площади чувствительной поверхности, а следовательно, низкая эффективность использования и отсутствие системы управления в космическом пространстве.
Известно устройство (Diretzel Н., Eihborn e.t.c. The Heos 2 aud Helios micrometeoroid experiments. J.Phys.Sei. Justrum. 1973, 6, 3, p. 209-217) предназначено для регистрации параметров микрометеороидов и содержит полусферическую мишень и приемник ионов полусферической формы, блок измерения.
Устройство (патент №2348949, МПК G01T 3/04, опубл. 28.05.2007) предназначено для детектирования микрометеороидных и техногенных частиц, содержит мишень в виде пленочного конденсатора, нанесенного на металлическую пластину, приемник ионов.
Недостатками таких устройств является невозможность использования мишени на большой площади чувствительной поверхности, а следовательно, низкая эффективность использования.
В качестве прототипа выбрано устройство (патент №2456639, МПК G01T 1/04, опубл. 20.07.2012, бюл. №20). Устройство регистрации параметров микрометеороидов и космического мусора содержит мишень в виде четырех панелей солнечных батарей, соединенных между собой пленочной структурой металл-диэлектрик-металл, приемник ионов в виде шара, блок измерения, электромагниты, согласно изобретению электромагниты установлены по четыре штуки на каждую ось устройства, соединены между собой последовательно, приемник ионов выполнен в виде четырех микроканальных пластин, каждая из которых расположена параллельно соответствующей панели солнечной батареи, с внешней стороны приемника ионов установлен датчик Солнца в виде ПЗС-матрицы, соединенный с блоком измерения, на передней поверхности блока управления установлена панель солнечной батареи, на боковых поверхностях установлены фотодиоды, а на обратной стороне его установлен фотодиод и антенна GPS-приемника, причем приемник ионов, пленочные структуры металл-диэлектрик-металл и фотодиоды соединены соответственно с блоками измерения ионов, проводимости пленочных структур и фототоков.
Недостатком прототипа является большая масса электромагнитов, которые состоят из сердечника и большого количества намотанного на него провода.
Поставлена задача - уменьшение массы электромагнитов.
Поставленная задача достигается тем, что малый космический аппарат для регистрации высокоскоростных микрочастиц, состоящий из пленочной структуры металл-диэлектрик-металл, приемника ионов, солнечной батареи, согласно изобретению на каждой оси расположена одна плазменная антенна, соединенная с блоком управления плазменными антеннами, который соединен с блоком управления системой, дополнительно введен блок регистрации, который соединен с пленочной структурой металл-диэлектрик-металл, которая с помощью ребер жесткости соединена с блоком развертки пленочного датчика, и блоком управления системой, введен блок формирования питания, соединенный с солнечной батареей и блоком управления системой, добавлен приемо-передающий модуль, соединенный с командной антенной, телеметрической антенной и блоком управления системой, введен блок развертки пленочного датчика, который соединен с блоком управления системой, к которой подключены шесть солнечных датчиков, расположенные на каждой из граней малого космического аппарата.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1 (вид справа), Фиг. 2 (вид сверху) изображен космический аппарат для регистрации высокоскоростных микрочастиц в нераскрытом состоянии (перед отстыковкой от ракетоносителя), на Фиг. 3 (вид справа), Фиг. 4 (вид сверху) - космический аппарат в раскрытом состоянии.
Малый космический аппарат содержит блок регистрации 1, пленочную структуру металл-диэлектрик-металл 2, блок развертки пленочного датчика 3, шесть солнечных датчиков 4, блок формирования питания 5, солнечную батарею 6, блок управления системой 7, приемо-передающий модуль 8, командную антенну 9, телеметрическую антенну 10, блок управления плазменными антеннами 11, три плазменных антенны 12, приемник ионов 13, ребра жесткости 14.
Малый космический аппарат работает следующим образом. В нераскрытом состоянии свернуты солнечные батареи 6 и пленочная структура металл-диэлектрик-металл 2. При отстыковке данного малого космического аппарата происходит подача управляющего сигнала от блока управления системой 7 на блок развертки пленочного датчика 3. При этом происходит раскрытие пленочной структуры металл-диэлектрик-металл 2 путем подачи газовой смеси в ребра жесткости 14, которые в условиях космического пространства распрямляются и разворачивают пленочную структуру металл-диэлектрик-металл. Формирование необходимых напряжений питаний для малого космического аппарата происходит в блоке формирования питания 5, который получает напряжение от солнечной батареи 6. Ориентирование космического аппарата в космическом пространстве происходит с помощью шести солнечных датчиков 4, расположенных на каждой грани космического аппарата, трех плазменных антенн 12, расположенных по трем взаимно перпендикулярным осям и блока управления плазменными антеннами 11. По солнечным датчикам 4 в блоке управления системой определяется ориентация космического аппарата на Солнце и формируются управляющие команды для блока управления плазменными антеннами 11, в которых происходит формирование импульса тока с необходимой длительностью и амплитудой для плазменных антенн 12.
Обмен информации с наземным пунктом управления космическими аппаратами происходит по двум каналам: командному (по нему посылается команда с наземного пункта управления космическими аппаратами на космический аппарат) и телеметрическому (по нему происходит передача телеметрической информации с космического аппарата на наземный пункт управления космическими аппаратами). Связь осуществляется с помощью приемо-передающего модуля 8, соединенного с блоком управления системой 7, командной антенной 9 (для передачи команд), телеметрической антенной 10 (для передачи телеметрии).
Использование плазменных антенн 12 вместо электромагнитов позволяет снизить массу малого космического аппарата. Плазменная антенна представляет собой стеклянную колбу в виде разомкнутого кольца, внутри которой находится газовая смесь. При подаче управляющего сигнала с блока управления плазменными антеннами 11 происходит загорание плазмы с определенными параметрами. Так как проводимость плазмы может превышать проводимость металла, то через образованный плазмой канал проводимости могут протекать токи большие, чем через металл такого же сечения. Получаем контур с током, обладающим большим магнитным моментом, а это необходимо для реализации магнитной системы ориентации космических аппаратов.
Регистрация микрочастиц происходит следующим образом. Между пленочной структурой металл-диэлектрик-металл 2 и приемником ионов 13 создается разность напряжения порядка несколько сот вольт, при этом на приемнике ионов 13 находится отрицательный потенциал относительно пленочной структурой металл-диэлектрик-металл. На пленочную структуру металл-диэлектрик-металл от блока регистрации 1 подается напряжение несколько десяток вольт. При ударе высокоскоростной микрочастицы по пленочной структуре металл-диэлектрик-металл 2 происходит кратковременное замыкание пленочной структуры металл-диэлектрик-металл, которое регистрируется блоком регистрации 1, а также происходит образование ионов, которые собирает приемник ионов 13. Информация с приемника ионов 13 и блока регистрации 1 поступает на блок управления системой 7.