Устройство для измерения пространственной плотности микрометеороидов и частиц космического мусора
MICROMETEOROIDS SPATIAL DENSITY AND SPACE DEBRIS PARTICLES MEASURING SYSTEM

Изобретение относится к области приборостроения, средств автоматизации и систем измерения и может быть использовано в ходе натурного эксперимента в качестве датчика высокоскоростных пылевых частиц на борту космического аппарата.
Известно устройство для измерения физических характеристик микрометеоритных пылевых частиц, содержащее плоскую мишень, приемник ионов, две сетки, приемники ионов, блок измерения электронного и ионного импульсов (А.С. №1830499, МПК G01T 1/34, опубл. 30.07.1993 г.).
Недостатком данного устройства является необходимость постоянной работы в активном состоянии, что затруднено при использовании в качестве носителя устройства малого космического аппарата ввиду ограничений по мощности его системы электропитания.
В качестве прототипа выбрано "Устройство измерения оптических характеристик ударно-сжатых материалов конструкции космического аппарата", содержащее мишень с прямоугольным вырезом, выполненную в виде диска, имеющего несколько исследуемых образцов покрытий и оптических элементов, лазер, фотодиоды и две ПЗС матрицы, шаговый двигатель (патент RU 2485548, МПК G01T 1/34 от 2013.06.20).
Недостатком данного устройства является малая исследуемая площадь поверхности образца (сканирование производится на фиксированном расстоянии от центра мишени-диска), вследствие чего исследование потоков пылевых частиц с низкой пространственной плотностью не является возможным.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей (измерение пространственной плотности микрометеороидов и частиц космического мусора).
Для достижения поставленной цели предлагается устройство для измерения пространственной плотности микрометеороидов и частиц космического мусора, содержащее мишень, выполненную в виде диска из прозрачного материала, установленного на оси двигателя, с внешней и внутренней стороны диска расположены соответственно лазер и ПЗС матрица, согласно изобретению лазер и ПЗС матрица закреплены на подвижной платформе, с возможностью движения вдоль направляющих с помощью шагового двигателя, причем оба двигателя подключены к модулю управления двигателями, к которому также подключен двигатель защитной диафрагмы, установленной с возможностью защиты мишени на этапе вывода космического аппарата на орбиту и этапе измерения, а ПЗС матрица и модуль управления двигателями подключены к микроконтроллерному устройству с возможностью управления работой всего устройства и обмена с бортовой ЭВМ космического аппарата, при этом бортовая ЭВМ установлена с возможностью определения характеристик потока микрометеороидов и частиц космического мусора.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 показана структурная схема устройства, на фиг. 2 - внешний вид с закрытой диафрагмой, на фиг. 3 - внешний вид без верхней крышки, на фиг. 4 - внутренний вид устройства для измерения пространственной плотности микрометеороидов и частиц космического мусора.
Устройство содержит защитную диафрагму 3, двигатель диафрагмы 4, мишень 1, выполненную в виде диска из прозрачного материала, установленного на оси двигателя 2, с внешней и внутренней стороны мишени расположены соответственно лазер 5 (фиг. 4) и ПЗС матрица 6, которые закреплены на подвижной платформе 7, приводимой в движение вдоль направляющих 11 с помощью шагового двигателя 8, причем двигатели 2, 4, 8 подключены к модулю управления двигателями 9, а ПЗС матрица 6 и модуль управления двигателями 9 подключен к микроконтроллеру 10, управляющему работой всего устройства и ведущему обмен с бортовой ЭВМ космического аппарата.
Устройство работает следующим образом. После вывода КА на орбиту защитная диафрагма 3 открывается и мишень 1 подвергается воздействию микрометеороидов и высокоскоростных пылевых частиц. В результате ударов микрометеороидов на поверхности мишени образуются кратеры, при этом их глубина и диаметр зависит от параметров воздействующих частиц. По истечении некоторого времени, необходимого для накопления статистики (от дней до месяцев), прибор переходит в фазу измерения. Закрывается диафрагма 3, включается лазер 5 и ПЗС матрица 6. Одновременное вращение мишени 1 с помощью двигателя 2 и движение платформы 7 лазером 5 и ПЗС матрицей 6 с помощью двигателя 8 вдоль поверхности мишени 1 позволяет провести анализ всей поверхности образца. Анализ происходит следующим образом. При прохождении луча лазера 5 через поверхность мишени 1 происходит рассеяние света на оптических неоднородностях, которыми являются кратеры от ударов высокоскоростных частиц. Характеристику рассеяния - зависимость интенсивности рассеянного света от угла (индикатрису) регистрирует ПЗС матрица 6, расположенная с обратной стороны мишени. Сигнал с выхода ПЗС матрицы передается в микроконтроллер 10, управляющий также работой всего устройства), а затем через бортовую ЭВМ КА пересылается для обработки на Землю. Обработка сигнала заключается в решении обратной задачи оптики - определение параметров оптических неоднородностей (в данном случае размерного состава) по характеристике светорассеяния (индикатрисе). Далее, используя найденный размерный состав оптических неоднородностей, производится определение параметров микрометеороидов и частиц космического мусора, которые их вызвали.