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1、第30卷第4期航天器環(huán)境工程2叭3年8月SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING339空間粉塵探測器研究進(jìn)展董尚利，李延偉，呂鋼，楊德莊，何世禹(哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，哈爾濱150001)摘要：文章在系統(tǒng)地總結(jié)空間粉塵(微小空間碎片和微流星體)探測技術(shù)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了壓電型探測器、半導(dǎo)體型探測器、電離型探測器、組合式探測器等的工作原理、技術(shù)特點(diǎn)及其應(yīng)用，同時簡要評述了空間粉塵探測技術(shù)的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞：空間粉塵；微小空間碎片；微流星體；粉塵探測器；撞擊：綜述中圖分類號：V520．7文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1673—1379
2、(2013)04-0339-07DoI：10．3969／j．issn．1673—1379．2013．04．OOlO引言多年來，國外在高度關(guān)注尺寸較大的空間碎片的同時，也十分重視空間粉塵(包括微小空間碎片和微流星體)的探測研究【1。2】。由于空間粉塵的尺度小，無法用望遠(yuǎn)鏡和雷達(dá)等觀測手段進(jìn)行探測，只能通過觀測航天器表面或分析回收航天器外殼‘3·51以及空間直接探測【6。91等方法來獲得有關(guān)信息。在空間碎片研究專題的支持下，國內(nèi)有關(guān)空間碎片研究的廣度和深度不斷擴(kuò)大。幾年來，經(jīng)過各相關(guān)單位的共同努力，已經(jīng)在空間碎片天基和地基探測、碎片環(huán)境工程模型和數(shù)據(jù)庫建設(shè)、地面模擬
3、研究以及減緩和防護(hù)技術(shù)等方面取得了許多進(jìn)展，其中在空間粉塵探測領(lǐng)域已研制出原型樣機(jī)[10．11】。本文通過調(diào)研，系統(tǒng)地總結(jié)了國內(nèi)外有關(guān)空間粉塵探測技術(shù)及典型空間粉塵探測器的研究進(jìn)展。1空間粉塵探測手段1．1對回收返回物的分析對從空間回收返回地面的航天器外殼、太陽能電池或材料樣品在地面實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，是獲取微小空間碎片和微流星體信息的有效手段。通過對坑中殘留物成分的鑒別分析，能夠識別出天然粉塵粒子和人造粉塵粒子。美國的長期暴露裝置(LongD眥tionEXposureFacil時LDEF)在高度為450km的軌道上飛行69個月后由航天飛機(jī)回收帶回地面，通過對安裝在
4、它不同方向的6個外面板(見圖1)上的各種目標(biāo)材料進(jìn)行立體光學(xué)分析、電子顯微鏡分析及x射線光譜分析，獲得了大量有關(guān)空間粉塵環(huán)境效應(yīng)的信息01'3J。在LDEF表面共發(fā)現(xiàn)了34336個撞擊坑，其中尺寸在0．5mm以下的撞擊坑達(dá)27385個。通過鑒別撞擊坑內(nèi)殘留物質(zhì)成分，發(fā)現(xiàn)多數(shù)坑是由微小空間碎片撞擊形成，同時也觀測到B型流星體撞擊坑。圖1在軌飛行的長期暴露裝置(LDEF)Fig．1In—orbitLongDurationExposllreFacility(LDEF)ESA的EURECA(EUropeanREtrieVableCmTier)航天器[4】在500km軌道
5、上運(yùn)行324天后，于1993年回收返回地面。該航天器配置了專門的探測器，探測到大量有關(guān)空間粉塵的信息。此外，技術(shù)人員還研究了微小空間碎片和微流星體環(huán)境對該航天器太陽能電池的影響。收稿日期：2013．06．03；修回日期：2013．07．3l基金項(xiàng)目：國家空間碎片專題研究項(xiàng)目“空間粉塵環(huán)境效應(yīng)模擬與評價技術(shù)”(編號：ⅪsP-06212)作者簡介：董尚利(1966一)，男，工學(xué)博士，教授，目前主要從事航天器用典型材料空間環(huán)境效應(yīng)模擬評價研究工作。E-mail：sldong@hit．edu．cn。航天器環(huán)境工程第30卷在軌運(yùn)行超過3．5年的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡(HST)的太
6、陽能電池于1994年由航天飛機(jī)運(yùn)回地面bJ；在軌運(yùn)行超過10年的一塊尺寸為6．0m×1．3m的“和平號”空間站的太陽能電池由俄羅斯的貨運(yùn)飛船運(yùn)回地面【l2
7、。美國和俄羅斯的研究人員對這些電池進(jìn)行了分析，得到了大量有關(guān)空間固體微粒對太陽能電池撞擊作用的信息【5，l2
8、。日本于1995年3月發(fā)射的探測器【9】在高度300～500km、傾角28．5。的圓軌道運(yùn)行一段時間后，于1995年12月由航天飛機(jī)回收返回地面。研究人員經(jīng)過仔細(xì)觀測分析，在總面積為150m2的探測器外表面上共發(fā)現(xiàn)有337塊撞擊區(qū)域，總面積達(dá)到18m2，其中3個最大坑的直徑超過200啪。1．2在軌探測
9、航天器搭載空間粉塵探測設(shè)備是另外一種有效手劇*引，所記錄的數(shù)據(jù)可直接通過遙測數(shù)據(jù)通道傳回地面，也可存入機(jī)載計(jì)算機(jī)后再定期傳回地面u3
10、。這種探測方法可以獲取關(guān)于空間粉塵的空間和時間分布信息，近年來獲得越來越多的應(yīng)用。俄羅斯分別利用1993年和1996年發(fā)射的“地平線一41號”、“地平線一43號”兩顆衛(wèi)星，在地球同步軌道上進(jìn)行了空間粉塵環(huán)境參數(shù)實(shí)時在軌探測【l2
11、。探測使用的是雙薄膜電容傳感器，可記錄尺寸大于2～5岬、速度在0．2～70kIll／s區(qū)間的空間粉塵粒子。兩顆衛(wèi)星分別探測到的微隕石束流密度為5．9×10。5m-2·s。1和1．2×104m-2·s～，空
12、間粉塵粒子的總束流密度為
