中能电子探测器的设计与研制

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中能电子是研究空间天气和空间事件的主要参量之一,是卫星轨道环境的重要影响因素,是我国SS空间环境体系的必要组成部分。本文根据对国内外中能粒子探测器的调研情况,结合****的探测指标要求,针对MEO和LEO两种轨道,设计了基于望远镜法和磁场偏转法的两类中能电子探测器的详细方案,并完成了相应的物理设计和电子学设计,实现了国内首台可装星的中能电子探测器的工程样机。在此基础上,进行了卫星总体要求的各项环境模拟试验和探测器的电子学标定测试工作。实验表明,该样机可以满足任务要求。  本研究主要内容包括:⑴基于磁场偏转法设计的中能电子探测器,在探测方案上采用永磁体磁场偏转电子,使之分散入射到一维位置灵敏传感器上,结合电子学幅度甄别法确定电子能量,很好的解决了MEO轨道长寿命探测和粒子污染问题。该方案不同于国外同类探测器中直接根据电子在磁场中的偏转半径确定电子能量,它有效减少了卫星资源,同时对磁场的要求也大大降低。⑵使用Geant4软件对传感器系统(包括准直器、传感器、磁场)进行了整体仿真,突破了目前传感器设计中只对粒子输运过程仿真的局限,使仿真结果更加真实和直观。⑶除了实现磁偏转法中能电子探测外,还对望远镜法巾能电子探测器进行了设计和研制,使中能电子探测可以应用于各个卫星轨道。完善了我国空间粒子探测技术体系,填补了国内中能电子探测技术的空白。⑷微弱信号测量技术:通过电磁场系统仿真、数值计算和EMC试验相结合的方法,找到了传统的粒子探测器在整星试验中易受干扰的原因,通过设计前端电子学线路及传感器结构,解决了仪器在整星环境和EMC试验中易受干扰的问题。⑸在对磁场偏转法中能电子探测器的设计中,采用了专用集成电路ASIC来实现多路传感器信号处理,使得探测器的体积大为减小。同时对进口ASIC器件在中能电子探测器上的应用方面做了适应性改进设计。⑹虽然目前已经完成了中能电子探测器的主要研制工作和大部分试验,但在定标方面仍依然欠缺电子加速器的整机定标,该部分的工作将在2014年空间中心电子加速器定标系统建成后继续完成,同时对于星上获取数据的处理和使用方法还需要进行进一步的探索。
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