本發明專利技術涉及一種用于衛星、飛船及深空探測器的空間用四極濾質器以及同時獲得航天器運行軌道空間自然大氣密度和自然大氣成分的方法，其包括：離子源組件、四極桿組件、芯柱組件和傳感器管殼；其中離子源組件包括離子源、屏蔽柵、離子注入柵、準直器以及套筒連接件，且離子源、屏蔽柵、離子注入柵、所述準直器及所述套筒連接件自上至下依次相連；其中離子源包括：陰極、加速柵極、電子抑制柵、離子抑制柵及總量收集柵；電子抑制柵、離子抑制柵從上至下依次裝在所述離子源上；總量收集柵連接在屏蔽柵和離子注入柵之間。本發明專利技術能夠同時實現大氣密度和大氣成分的測量，還達到了高集成度、體積小及空間環境適應能力強的要求。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及空間探測領域，尤其是涉及一種可以用于衛星、飛船及深空探測器的空間用四極濾質器及采用該空間用四極濾質器同時獲得航天器運行軌道空間的自然大氣密度和自然大氣成分的方法。
技術介紹
空間自然大氣密度和自然大氣成分是空間環境最重要的因素,其變化受到太陽活動、地磁擾動、經度、緯度、高度、星下點地方時、季節等因素的影響，是空間環境研究的主要對象。空間大氣密度和大氣成分探測已有數十年的歷史。人類對大氣密度和大氣成分認識已有一定的基礎。但是隨著科學研究的深入、航天技術的廣泛滲透，人類對空間大氣密度、大氣成分的認識開始上一個新的臺階，更高的探測需求得以提出。自然大氣密度是低軌航天器運行的主要阻力，也是影響航天器軌道控制精度、姿態控制精度以及在軌壽命的重要參數，而現有大氣模型誤差較大，尤其在太陽活動和地磁擾動時誤差尤其明顯，無法準確反映航天器運行軌道的大氣參數，將對航天器的運行造成重大影響，因此獲取高精度大氣密度和成分的在軌實測數據對航天器尤為重要。而四極質譜計是測量大氣密度和大氣成分的一種重要手段。四極質譜計是基于真空條件下電子轟擊氣體分子，電離后產生不同質荷比的離子由四極濾質器進行分離，并進行檢測的動態質譜儀。空間用四極質譜計包含傳感器即四極濾質器、電子線路和機械機構。其中，四極濾質器是指由直流和射頻疊加的四極場構成的質量分析器。已有技術存在的問題主要是四極質譜計，尤其是四極濾質器部分，功能單一，無法同時實現自然大氣密度和自然大氣成分的測量，且無法很好地適應空間環境，在經受空間力學振動、高低溫、空間輻照等環境下，性能會發生下降；另一方面，由于以往探測裝置在系統集成度方面的限制，很難在實現上述多種測量目標的同時，又能達到高集成度的要求。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供一種空間用四極濾質器，其能夠同時實現自然大氣密度和自然大氣成分的測量，還達到了高集成度、體積小的要求。為解決上述技術問題，本專利技術提供一種空間用四極濾質器，該空間用四極濾質器包括離子源組件、四極桿組件、芯柱組件、傳感器管殼和后端處理電路，離子源組件和四極桿組件裝在傳感器管殼內且離子源組件裝在四極桿組件上，芯柱組件連接在傳感器管殼的底部并密封傳感器管殼，芯柱組件還與后端處理電路相連；其中，所述離子源組件包括離子源、屏蔽柵、離子注入柵、準直器以及套筒連接件，且所述離子源、所述屏蔽柵、所述離子注入柵、所述準直器及所述套筒連接件自上至下依次相連；其中所述離子源包括陰極和加速柵極；所述離子源組件還包括電子抑制柵、離子抑制柵及總量收集柵；所述電子抑制柵、所述離子抑制柵從上至下依次裝在所述離子源上；所述總量收集柵連接在所述屏蔽柵和所述離子注入柵之間。較佳地，離子源設有陰極阻尼支架，陰極阻尼支架用于支撐陰極。本專利技術還提供一種同時獲得航天器運行軌道空間的自然大氣密度和自然大氣成分的方法，該方法包括吸收航天器運行軌道空間的自然大氣中的自然電子；吸收航天器運行軌道空間的自然大氣中的自然離子，得到中性自然氣體分子；將所述中性自然氣體分子電離成與大氣壓力成正比的離子流，吸引該離子流并進行收集，使一部分與大氣壓力成正比的離子流形成總量離子流；獲得所述傳感器管殼的取樣室內的氣體溫度；結合總量離子流以及所述取樣室內的氣體溫度信號，來計算所述航天器運行軌道空間的自然大氣的密度；調制未收集到且與大氣壓力成正比的離子流，以使該離子流平行地注入所述四極桿；再使所述離子流與四極桿徑向平行；將該離子流分離成不同質荷比的離子；收集通過所述四極桿的離子流，得到質譜離子流；根據該質譜離子流獲得所述航天器運行軌道空間的自然大氣成分的質譜圖信息，根據該質譜圖信息即可獲得所述航天器運行軌道空間的自然大氣成分及其含量。較佳地，在離子源組件中進行以下步驟分別利用所述電子抑制柵、所述離子抑制柵相繼吸收所述航天器運行軌道空間的自然大氣中的自然電子、自然離子；并且，采用所述總量收集柵收集通過所述屏蔽柵的離子流。較佳地，結合總量離子流以及取樣室內的氣體溫度信號，根據下述關系式來計算所述航天器運行軌道空間的自然大氣密度，其中，關系式為權利要求1.一種空間用四極濾質器，其包括離子源組件、四極桿組件、芯柱組件和傳感器管殼，離子源組件和四極桿組件裝在傳感器管殼內且離子源組件裝在四極桿組件上，芯柱組件連接在傳感器管殼的底部并密封傳感器管殼；其中，所述離子源組件包括離子源、屏蔽柵、離子注入柵、準直器以及套筒連接件，且所述離子源、所述屏蔽柵、所述離子注入柵、所述準直器及所述套筒連接件自上至下依次相連；其中所述離子源包括陰極和加速柵極；其特征在于所述離子源組件還包括電子抑制柵、離子抑制柵及總量收集柵；所述電子抑制柵、所述離子抑制柵從上至下依次裝在所述離子源上；所述總量收集柵連接在所述屏蔽柵和所述離子注入柵之間。2.根據權利要求I所述的空間用四極濾質器，其特征在于所述離子源設有陰極阻尼支架，所述陰極阻尼支架用于支撐所述陰極。3.一種使用上述權利要求I或2所述的空間用四極濾質器同時獲得航天器運行軌道空間自然大氣密度和自然大氣成分的方法，其特征在于，該方法包括 吸收航天器運行軌道空間的自然電子； 吸收航天器運行軌道空間的自然離子，得到中性自然氣體分子； 將所述中性自然氣體分子電離成與大氣壓力成正比的離子流，吸引該離子流并進行收集，使一部分與大氣壓力成正比的離子流形成總量離子流；獲得所述傳感器管殼的取樣室內的氣體溫度；結合總量離子流以及所述取樣室內的氣體溫度信號，來計算所述航天器運行軌道空間的自然大氣的密度； 調制未收集到且與大氣壓力成正比的離子流，以使該離子流平行地注入所述四極桿；再使所述離子流與四極桿徑向平行；將該離子流分離成不同質荷比的離子；收集通過所述四極桿的離子流，得到質譜離子流；根據該質譜離子流獲得所述航天器運行軌道空間的自然大氣成分的質譜圖信息，根據該質譜圖信息即可獲得所述航天器運行軌道空間的自然大氣成分及其含量。4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于在離子源組件中進行以下步驟分別利用所述電子抑制柵、所述離子抑制柵相繼吸收所述航天器運行軌道空間的自然大氣中的自然電子、自然離子；然后，采用所述總量收集柵收集通過所述屏蔽柵的離子流。5.根據權利要求3所述的方法，其特征在于 結合總量離子流以及取樣室內的氣體溫度信號，根據下述關系式來計算所述航天器運行軌道空間的自然大氣密度，其中，關系式為全文摘要本專利技術涉及一種用于衛星、飛船及深空探測器的空間用四極濾質器以及同時獲得航天器運行軌道空間自然大氣密度和自然大氣成分的方法，其包括離子源組件、四極桿組件、芯柱組件和傳感器管殼；其中離子源組件包括離子源、屏蔽柵、離子注入柵、準直器以及套筒連接件，且離子源、屏蔽柵、離子注入柵、所述準直器及所述套筒連接件自上至下依次相連；其中離子源包括陰極、加速柵極、電子抑制柵、離子抑制柵及總量收集柵；電子抑制柵、離子抑制柵從上至下依次裝在所述離子源上；總量收集柵連接在屏蔽柵和離子注入柵之間。本專利技術能夠同時實現大氣密度和大氣成分的測量，還達到了高集成度、體積小及空間環境適應能力強的要求。文檔編號H01J49/42GK102891063SQ20121035358公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月20日 優先權日201本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種空間用四極濾質器，其包括：離子源組件、四極桿組件、芯柱組件和傳感器管殼，離子源組件和四極桿組件裝在傳感器管殼內且離子源組件裝在四極桿組件上，芯柱組件連接在傳感器管殼的底部并密封傳感器管殼；其中，所述離子源組件包括離子源、屏蔽柵、離子注入柵、準直器以及套筒連接件，且所述離子源、所述屏蔽柵、所述離子注入柵、所述準直器及所述套筒連接件自上至下依次相連；其中所述離子源包括：陰極和加速柵極；其特征在于：所述離子源組件還包括電子抑制柵、離子抑制柵及總量收集柵；所述電子抑制柵、所述離子抑制柵從上至下依次裝在所述離子源上；所述總量收集柵連接在所述屏蔽柵和所述離子注入柵之間。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：李永平，何玉梅，陳華姣，李佳，譚倩倩，唐萍，吳陽，
申請(專利權)人：中國科學院空間科學與應用研究中心，
類型：發明
國別省市：
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