A Novel Magnetic Configuration for Space Radiation Active Shielding

Space radiation has been identified as the main health hazard to crews involved in manned Mars missions.Active shielding is more effective than passive shielding to the very energetic particles from cosmic rays.Particle motion in a magnetic field is studied based on the single-particle theory and Monte Carlo method.By comparing the shielding efficiency of different magnetic field configurations,a novel active magnetic shielding configuration with lower mass cost and power consumption is proposed for manned Mars missions.The new magnetic configuration can shield 92.8%of protons and 84.4%of alpha particles with E<4 GeV·n^(-1),when considering the passive shielding contribution of 10.0 g·cm^(-2) Al Shielding,the required magnetic stiffness can be reduced from 27 Tm to 16 Tm.The detailed analysis of mass cost and power consumption shows that active shielding will be a promising means to protect crews from space radiation exposure in manned Mars missions.

“零磁”实验室电气设计探讨

介绍“零磁”实验室的“无磁”电气设计:照明电源选择DC220V;实验设备电源采用交流配电;为提高屏蔽效能,屏蔽体开孔应尽量减少孔洞数量、孔洞长边平行于磁通方向、圆形孔洞对称排布;实验设备的配电线缆采用屏蔽线缆;配电箱做屏蔽处理。

近零磁环境装置现状综述

磁场极其微弱甚至接近零的特殊环境条件在科学研究和技术研发方面具有独特意义。通过被动屏蔽、主动补偿等手段,可在地磁场和各类干扰磁场的环境下实现这种近零磁场。世界各国已根据不同的应用需求建设了高水平近零磁环境装置,国内相关研究也已初步展开。结合近年来的最新成果,详细阐述了此类装置的建设方案与指标特性的现状。

电磁式漏电断路器的空间磁场抗扰分析及屏蔽结构设计

漏电断路器作为低压配电系统中重要的保护装置,主要用于防止漏电火灾事故发生和保护人身触电安全。电磁式漏电断路器在受到外界磁场干扰时,会引起漏电保护工作特性的变化甚至损坏。通过分析电磁式漏电断路器工作特性,发现磁脱扣器对外界磁场最为敏感,平行于磁脱扣器磁路平面方向的外界磁场对其影响最大;进行了漏电断路器内部导体结构的最优设计,内部导体与磁脱扣器磁路在同一平面内时导体中负荷电流产生的磁场对磁脱扣器的影响最小;设计了一种用于降低磁场干扰的磁脱扣器屏蔽罩,并分析了不同导磁屏蔽材料及结构等对其屏蔽效果的影响。通过对电磁式漏电断路器内走线的优化设计和磁脱扣器的磁屏蔽设计,有效降低了外界磁场和内部负荷电流对电磁式漏电断路器的影响,提高了其抗空间磁场干扰的能力,并通过了实验验证。

LHT100推力器磁场工程设计的关键参数研究

为了实现理想磁场,对LHT100推力器磁场工程设计的关键参数进行了系统研究。基于经典磁场理论,采用有限元分析方法,分别从线圈安匝数、磁极间距和磁屏三个关键参数开展仿真研究,得到各关键参数与LHT100推力器磁场形貌及强度的相互关系。研究结果表明:当内外线圈安匝数分别为800A和400A;磁极间距为27mm,采用磁屏设计时可获得理想磁场,对该理想磁场进行测试验证,最大误差小于5%。

旋转磁矢量场发生器研究

为了在实验室环境下对飞行器滚转角测量装置进行调试,研究了一种旋转磁矢量场模拟试验装置;采用ANSYS软件对磁屏蔽筒的屏蔽效应及亥姆霍兹线圈的磁场分布进行了数值模拟,并采用TMS320F2809-100型DSP芯片和TIDSPBIOS实时操作系统实现矢量信号的发生;结果表明:磁屏蔽筒能有效屏蔽外界磁场,产生近似的零磁空间;亥姆霍兹线圈中心区域磁感强度为变化缓慢的均匀区,可作为被测装置的工作区;测量数据与模拟器输出信号的理论值的差值小于6%,DSP的CPU运算能力裕度大于50%;用磁屏蔽筒、亥姆霍兹线圈、矢量信号发生器可以构成用于飞行器滚转角测量的模拟实验装置。

无线电能充电系统中纳米晶复合屏蔽结构的屏蔽性能

针对电动汽车无线充电系统屏蔽背部空间的漏磁问题,提出一种边缘加厚的新型纳米晶复合屏蔽结构。通过建立多层复合屏蔽数学模型,仿真计算分析不同屏蔽结构背部空间磁通密度。结果表明:边缘加厚纳米晶复合屏蔽结构对于屏蔽背后空间漏磁场具有较好的抑制效果,相比于单层纳米晶复合屏蔽磁通密度下降了25%~26.1%,相比于铁氧体+铝板结构磁通密度下降了50%~55.7%,屏蔽结构的屏蔽效能高22.9%~26.7%,有效地减少了屏蔽的漏磁。

星载粒子探测器中的偏转磁铁设计研究

在对空间带电粒子进行探测时,大量电子的混入会减少半导体探测器的寿命和工作效率,同时电子的噪声本底也是影响测量精度的重要因素.为了减少电子的影响,需要在离子探测器的探头中加上合适的偏转磁铁用来屏蔽电子的干扰.本文中,磁铁的结构设计借鉴了国外的成功经验,并通过有限元的方法来计算磁场的强度,选择合适的方案消除漏磁的影响以及模拟电子在磁场的轨迹来估计磁场对电子的偏转能力.并用理论计算的数据与实验结果进行了比对,得到了比较好的结果.最后针对空间粒子探测中的偏转磁铁设计提出了一些建议.加偏转磁场的技术也是我国在星载粒子探测器中的首次应用.

空间光学敏感器/探测器荷电粒子屏蔽技术综述

空间光学敏感器/探测器是航天器的重要组成部分或重要类型,然而大量存在的空间荷电粒子会造成探测器件本底噪声及性能损伤,对空间探测任务产生不良影响。目前对空间荷电粒子的影响缺乏定量评估手段,广泛采用的质量屏蔽、磁偏转和反符合技术在空间荷电粒子屏蔽方面均存在局限性。在对上述方法进行综述的基础上,提出了基于电磁复合场的空间光学敏感器/探测器荷电粒子屏蔽装置的设计思路。

小型化星载被动型氢原子钟研制

被动型氢原子钟在具有较好中长期频率稳定度和频率漂移率的同时,体积和重量较小,可作为高精度频率标准应用于卫星导航、频率计量等领域。下一代卫星导航系统的重要特点是高密度高集成度,对包含被动型氢原子钟在内的卫星负载载荷提出了更高要求。为此,降低体积重量的同时进一步提高性能指标是被动型氢原子钟的重要发展方向。经过长期理论探索和实验验证,在小型化星载氢原子钟研制方面取得了较好进展。通过小型化腔泡系统、小型化吸附泵、高均匀度C场和高性能磁屏蔽系统的设计,以及电路部分的紧凑优化,研制了小型化星载被动型氢原子钟工程样机。在压缩重量至13.5 kg以内的同时,频率稳定度提升至8×10-13t-1/2的水平,可满足当前卫星导航系统的时频信号需求,也可更好地服务下一代北斗卫星导航系统。

自动导引车感应充电系统目标三维空间漏磁屏蔽

自动导引车(AGV)感应充电系统的漏磁危害生物体健康,干扰电磁敏感设备正常工作。为解决漏磁问题,提出一种降低目标三维空间磁感应强度最大值的无源屏蔽线圈等效电抗优化方法。该方法将目标三维空间均匀划分为若干目标点,遍历屏蔽线圈等效电抗,使得目标点的磁感应强度最大值最低,即可得到屏蔽线圈最优等效电抗。首先,推导得到含屏蔽线圈等效电抗的各线圈电流表达式,并分析各线圈电流对系统中任意一点磁感应强度的影响,进而得到屏蔽线圈等效电抗与该点磁屏蔽效果的关系;然后,将磁屏蔽目标由单一的点扩展到目标三维空间,采用所提优化方法确定屏蔽线圈最优等效电抗;最后,实验结果表明,当屏蔽线圈取最优等效电抗时,目标三维空间磁感应强度满足安全标准,此时目标三维空间磁感应强度最大值较无屏蔽线圈下降53.40%,平均值下降58.15%,系统效率仅降低0.31%。

电子信息系统雷击空间磁场强度研究

应用雷电监测网资料对雷电直接击于建筑物或击于建筑物附近所产生的空间磁场强度进行估算，得出在引下线周围1--5m范围磁场强度衰减值，并估算出电子信息系统机房应加装的屏蔽网格宽度。

超高灵敏极弱磁场与惯性测量科学装置与零磁科学展望

超高灵敏极弱磁场与惯性量子精密测量技术已被广泛应用于人体脑磁和心磁等生物磁信号成像领域,以及暗物质和第五力探测、固有电偶极矩测量和基本对称性破缺验证等前沿基础物理探索,为认识物质世界提供了强有力的工具;同时在磁异常探测和高精度惯性导航系统等国家安全领域有着迫切应用需求。继续冲击超高灵敏度测量纪录和打造极弱磁场环境,是进一步探索基础物理研究边界、拓展生物磁成像应用和服务国家战略需求的关键。首先,对超高灵敏极弱磁场与惯性测量科学装置和基础应用进行概要介绍,涉及工作原理、系统组成和设计分析方法。然后,对无自旋交换弛豫原子磁强计和零磁空间进行概要分析,为指标性能进一步提升提供思路。最后,虽然强磁场环境下物性研究已经取得丰硕成果,但是极弱磁场环境中的基础科学研究十分匮乏,提出零磁科学基础研究设想,基于超高灵敏极弱磁场与惯性测量科学装置的技术基础,利用极弱磁场环境、超高灵敏磁测量和精密磁场操控方法,开展零磁医学、零磁生物学、零磁化学和零磁材料学的基础科学研究,有望构建零磁科学系统理论。