基于探空火箭的朗缪尔探针方案设计

为研究中国低纬电离层垂直高度的精细结构,研发了一种以探空火箭为平台朗缪尔探针,用于就位测量电离层空间等离子体的特性参数及其扰动情况.本文分析了朗缪尔探针的任务需求和目标,并在朗缪尔探针基本测量原理的基础上,对朗缪尔探针基本测量方案进行了论证分析和设计,包括传感器形状、大小和表面镀层的选取设计,双探针的设计,扫描电压和工作模式的设计,及电子学测量电路的设计.本朗缪尔探针采用两路完全相同的球形探针,两路探针同步工作,各自独立完成测量.朗缪尔探针研制完成后,分别进行了信号模拟源测试和等离子体源测试:信号模拟源测试结果显示两路探针电子学工作状态良好,对微弱电流信号的响应具有很高的线性度;在等离子体模拟装置内对电子探针整机测试的初步结果表明该载荷可以正确测量等离子体的特性参数,能够满足科学探测的需求.

航天器外表面导电面积对朗缪尔探针科学探测的影响

朗缪尔探针的科学探测会受到航天器外表面导电面积与朗缪尔探针传感器有效面积之比大小的影响。如果航天器的外表面导电面积不足够大,朗缪尔探针以扫描电压模式工作时,就会造成航天器地电位的扰动,进而导致朗缪尔探针测量结果的偏差。分析了此问题的物理原理,并进行了相应的理论计算。子午工程探空火箭有效载荷朗缪尔探针在进行科学探测的同时,测量了火箭外表面导电面积与朗缪尔探针传感器有效面积之比不足造成的扰动,测量结果与理论分析基本一致。