一种就位测量月球表面电位的装置

摘要

本发明提出一种就位测量月球表面电位的装置，包括：屏蔽栅网(3)、阻滞栅网(4)、收集电极(5)、主体结构(7)、接触式地网(8)和内部电路；所述主体结构(7)为长方体，在其上方，设置一个圆形开口，开口处设置用于阻挡电子穿过的屏蔽栅网(3)和用于阻滞离子穿过阻滞栅网(4)；所述屏蔽栅网(3)设置于阻滞栅网(4)的上方；在阻滞栅网(4)的下方，设置收集电极(5)；所述收集电极(5)与内部电路相连；所述主体结构(7)的下方，设置有支撑脚结构(6)，以便于放置在月球表面；所述接触式地网(8)设置于支撑脚结构(6)与月球表面之间，与所述内部电路通过导线连接，为内部电路提供基准地电位。

说明书

技术领域

本发明属于航天领域，具体而言，涉及一种就位测量月球表面电位的装置。

背景技术

未来随着月球探测的开展，我国的航天器和航天员将会在月球表面开展相关科学探索和研究。相关研究表明，月球表面电位在夜间和白天存在巨大的差别。月表表面电位及其变化对航天员在月球环境中的安全活动至关重要。因此，需要一种能够测量月球表面电位的设备，获得真实可靠的月表电位，为安全的月面活动提供数据参考。目前，科学家对月球表面电位的研究大都处于模拟仿真的阶段。

月球表面覆盖着一层风化层，即月壤。由于空间带电粒子的作用，使得月壤带有大量电荷，从而形成月表电位。但是，月壤的导电性能较差，不同于地球土壤的良好导电性，因此需要设计能够适应月壤的装置，以获取不同地形地貌的区域电位。

发明内容

本发明的目的在于解决目前科学家对月球表面电位的研究大都处于模拟仿真的阶段，缺少测量装置的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种就位测量月球表面电位的装置，所述装置包括：

屏蔽栅网(3)、阻滞栅网(4)、收集电极(5)、主体结构(7)、接触式地网(8)和内部测量电路和内部电压电路；

所述主体结构(7)为长方体的箱体，在其上方，设置一个圆形开口，开口处设置用于阻挡电子穿过的屏蔽栅网(3)和用于阻滞离子穿过阻滞栅网(4)；

所述屏蔽栅网(3)设置于阻滞栅网(4)的上方；在阻滞栅网(4)的下方，设置收集电极(5)；

所述屏蔽栅网(3)和阻滞栅网(4)与内部电压电路相连；

所述收集电极(5)与内部测量电路相连；

所述主体结构(7)的下方，设置有支撑脚结构(6)；

所述接触式地网(8)设置于支撑脚结构(6)与月球表面的局部区域之间，与所述内部电路通过导线连接，将月球表面电位作为内部电路基准地电位；

根据所述内部测量电路采用现有的测量电流电路设计，测得的电流变化的拐点处内部电压电路产生的扫描电压和入射离子电位相等，计算得月球表面电位。

作为所述装置的一种改进，所述所述支撑脚结构(6)，分为4个可展开到一定角度的支撑脚，所述4个支撑脚可向内折叠在主体结构(7)的下方，与底面平齐。

作为所述装置的一种改进，所述接触式地网(8)为对称的米字形辐条，在辐条上布置环形线圈；其中，辐条和环形线圈均为金属导体；

作为所述装置的一种改进，所述接触式地网(8)以直接接触的方式获得待测月表局部区域电位V

作为所述装置的一种改进，所述内部电压电路，采用现有的电压电路设计，用于以待测局部月球表面电位V

作为所述装置的一种改进，所述内部测量电路，用于测量穿透阻滞栅网(4)的离子打到收集极(5)上产生的电流。

作为所述装置的一种改进，所述收集电极(5)上获得离子电流的大小与扫描步长和扫描电压V

当所述扫描电压V

当V

作为所述装置的一种改进，所述局部区域月球表面电位V

V

其中，V

作为所述装置的一种改进，所述扫描电位V

作为所述装置的一种改进，所述装置还包括在主体结构(7)中集成离子能量探测器，所述离子能量探测器用于获取入射离子能量，反演得到离子入射电位V

与现有技术相比，本发明的优势在于：

1、本发明的就位测量月球表面电位的装置能够对月球表面的区域电位进行就位探测，获得对月表不同地形地貌的电位数据；

2、本发明的就位测量月球表面电位的装置通过移动该装置并放置在月表不同地形地貌上，可获得相应的就位数据；

3、本发明的就位测量月球表面电位的装置体积小，重量轻，功耗小，便于航天员在月球表面的携带和使用；

4、本发明的就位测量月球表面电位的装置利用阻滞离子的原理，获得月球表面就位的区域电位；

5、本发明的就位测量月球表面电位的装置利用接触式地网的方式，有效解决月球表面导电性差的问题，确保装置能够以待测月球表面电位为其基准地电位。

附图说明

图1为本发明的就位测量月球表面电位的装置的组成示意图；

图2为本发明的就位测量月球表面电位的装置的立体图；

图3为本发明的就位测量月球表面电位的装置的俯视图；

图4为本发明的就位测量月球表面电位的装置的接触式地网的设计图；

图5为本发明的就位测量月球表面电位的装置的的工作原理框图。

附图标识

1、月球表面 2、离子入射 3、屏蔽栅网

4、阻滞栅网 5、收集电极 6、支撑脚结构

7、主体结构 8、接触式地网

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细的说明。

本发明的就位测量月球表面电位的装置包括屏蔽栅网3、阻滞栅网4、收集电极5、主体结构7和接触式地网8以及内部电路组成，如图1所示。

主体结构7为长方体的箱体，在其上方，设置一个圆形开口，开口处设置屏蔽栅网3和阻滞栅网4。屏蔽栅网3的作用是阻挡电子穿过栅网，阻滞栅网4的作用是阻滞离子穿过栅网。在栅网的下方，设置收集电极5。主体结构7的下方，设置有支撑脚结构6，以便于放置在月球表面。

所述主体结构7的外形为一个长方体的箱体，如图2所示。电子电路布置在的箱体内部，以避免其受月表环境的影响。

所述支撑脚结构6，如图3所示，分为4个可展开到一定角度的支撑脚，以便于稳定放置在月球表面。在运输和航天员携带过程中，4个支撑脚可向内折叠在长方体的下方，与底面平齐。

内部电路包括内部电压电路和内部测量电路。所述电压电路和内部测量电路基于现有电路设计为设计基础。

内部电压电路以接触式地网8的电位为地电位，通过模数转换电路和电压比例电路，分别产生扫描电压和抑制电压。其中，扫描电压加载到阻滞栅网4上。抑制电压加载到屏蔽栅网3上。内部测量电路主要是测量穿过栅网的离子在收集电极5上形成的电流。

接触式地网8的功能是以直接接触的方式获得待测月球表面局部区域的电位，并通过导线与该装置内部电路的“地”连接，从而使得该装置以被测局部区域的月球表面电位为地电位“V

本发明的就位测量月球表面电位的装置的工作原理如图5所示，内部电压电路以地电位V

内部电压电路以地电位V

设定已知入射离子电位为V

当V

当V

按照一定的扫描步长，改变扫描电压的幅值，收集电极5上将获得相应大小的离子电流。

根据扫描电压与收集电流形成的V-I曲线，求取电流变化的拐点。该拐点处的扫描电压与入射离子电位相同，即V

相关研究表明，月球在白天，由于受到光照的影响，月球表面会带正电，即V

月球在夜间，由于受到电子充电的影响，月球表面会带负电，即V

在实际应用过程中，可由离子能量探测器获取入射离子能量，反演得到离子电位V

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。