张衡一号空间电场探测仪设计

张衡一号空间电场探测仪为我国首发电磁监测试验卫星(CSES)主载荷。基于探测原理以及与轨道等离子体环境电势耦合模型,论述了张衡一号双探针式空间电场探测仪设计基本原则和依据;针对不同的轨道等离子体环境条件和鞘层厚度,阐述了相应的球形探针收集电流、相对耦合电势及鞘层阻抗的数学表达,分析了该探测仪电场探测精度的影响因素以及主动偏置电流效应,研究表明,对于CSES飞行轨道环境条件,采用施加负向偏置电流,可使得探针鞘层阻抗小于1×105Ω,从而提高空间电场探测精度;研究了张衡一号空间电场探测仪探针间耦合电势差测量等效电路模型和球形探针最小几何半径设计约束条件,结果表明,对于CSES飞行轨道通常等离子体环境条件,当球形探针几何半径r3×10-2m时,可实现两球形探针电势差测量偏差系数α!10-6的设计要求。在以上基础上,叙述了张衡一号空间电场探测仪球形探针结构与电子学设计,并简述了探测系统主要组成、工作模式和频段等。