Устройство для сбора метеорной пыли Советский патент 1989 года по МПК G01N1/20 

Изобретение относится к космическому приборостроению, а именно к аппаратуре для исследований факторов космического пространства, в частности физических параметров и элементного состава твердой составляющей межпланетного вещества, и может быть использовано дпя сбора и доставки на Землю частиц метеорной пыли (ЧМП) и техногенных частиц (ТЧ), окружающих космический аппарат (КА) и являющихся продуктами его деятельности (частицами сгоревшего топлива, гажения систем и конструк1Д1онных материалов) .

Целью изобретения является повьшге- ние информативности за счет возможности регистрации угла атаки частиц метеорной пыли, определение их энергий и скоростей и захвата низкоско- роСтных частиц без их разрушения. I На фиг,1 изображено устройство, ВИД сверху, на фиг.2 - разрез А-А на фаг,1.

Устройство для сбора частиц метеорной пьши содержит корпус 1, в котором закреплены коллектор 2, внешняя мембрана 3 и промежуточные мембраны 4, расположенные параллельно

коллектору 2, Толщина мембран 3 и 4 выбирается от 1 до 3 мкм, причем мембраны 3 и 4 изготовлены из упругого, термо- и радиационностойкого материала, например, полиэтиленте- рефталата. Наружная поверхность мембраны 3 металлизирована, причем ;ТОЛ1цина металлизации составляет несколько А . Материал металлизации в оптимальном случае аналогичен материалу коллектора 2. Назначение металлизации - защита полиэтилентереф- талата от действия ультрафиолетовых лучей, что важно при длительном времени экспозиции устройства в космосе, Каждая из мембран 3 и 4 закреплена между сопрягаемыми коническими поверхностями внешних 5 и внутренних колец 6, образующих рамку. Углы наклона конических поверхностей колец 5 и 6 обеспечивают плотное и ровное без гофр натяжение мембран 3 или 4 из полиэтилентерефталата указанной толщины. Корпус 1 вьщолнен составньм и содержит подвижный элемент 7.Рамки из колец 5 и 6 и коллектор 2 установлены в корпусе 1 и зафиксированы в нем с помощью подвижного элемента 7. На внешней поверхности корпуса 1 расположен дополнительный коллектор 8, окружающий мембрану 3. Он может быть механически закреплен на корпусе 1 или напылен на его поверхность. Дополнительный коллектор 8 предназначен для регистрации ЧМП, не попавших в поле мембраны 3, В мембранах 3 и 4 и в коллекторе 2 выполнены по мень шей мере две группы соосных реперных отверстий 9j строго перпендикулярных поверхностях мембран 3 и 4 коллектора 2 о Оптимальный способ выполнения этих отверстий - прожигание лазером. Размеры отверстий 9 составляют от 1 до 10-20 мкм. Назначение от10

15

20

25

30

35

40

лении 14, выполненном на внутренней поверхности 15 корпуса 1, размещен эластичный стержень 16, выполненный например, из резины или фторопласт На внешней боковой поверхности 17 каждого кольца 5 выполнено углубление 18, которое совмещено со стерж нем 16, Такое же углубление выполнено на внешней боковой поверхност 19 коллектора 2, которое также со мещено со стержнем 16. Назначение стержня 16 - осуществлять предвари- тельйую взаимную ориентацию мембра 3 и 4 и коллектора 2. В ряде экспериментов, не требуюпщх высокой точности определения углов атаки ЧМП 11 и 12, координирование отверстий можно осуществлять только относительно углублений 18 в кольцах 5 и коллектора 2, не выполняя реперных отверстий 9. В коллекторе 2 показан кратер 20, являющийся следом воздей ствия ЧМП, В стенке корпуса 1, противоположной от стенок с отверстием 13, выполнено отверстие 21, через которое вставляются рамки с мембран ми 3,4 и коллектор 2. Рамки из кол 5, 6 и коллектор 2 размещены между упорной площадкой 22, выполненной н

стенке корпуса 1 со стороны отверс 13, и упорной площадкой 23,, выполн ной на подвижном элементе 7.

Устройство работает следующим о

I раз ом.

При пробое ЧМП мембран 3,4 в них образуются отверстия 10. Мелкие ЧМП 12, скорости которых 2-10 км/с, пр бивают мембрану 3, ряд мембран 4 и в зависимости от размера и скорости заплавляются в одной из мембран 4.

, ЧМП 11, имеющие скорость более 10к и массу ие менее 10 г, пробивают

все мембраны 3,4 и достигают коллек тора 2, в котором образуют кратеры

верстий 9 - координирование отверстий 20, Мелкие ТЧ, скорости которых не

10, образующихся в мембранах 3 и 4 из-за пробоев их ЧМП 11 и 12. Выбор материала мембран 3 и 4 и их толщин обусловлен условием сохранения ЧМП 12, не достигших коллектора 2. Для повышения Точности координирования и ускорения процесса обработки информации количество групп отверстий 9 целесообразно увеличить до трех. Со стороны мембраны 3 в корпусе 1 выполнено отверстие 13, диаметр кото- торого не должен быть меньше внутреннего диаметра кольца 6. В углубпревышают 1-2 км/с, пробивают мембр ну 3 и собираются в промежутках меж ду мембранами 3 и 4. Возможно, что они могут заплавляться в первой из

50 мембран 4, но могут находиться в

свободнси состоянии между мембранам 4, Величина и форма кратера 20 зави сят от массы, энергии и угла атаки ЧМП 11, Угол атаки ЧМП 11 фиксиру55 ется цепочкой отверстий 10, образую щих треки в мембранах 3,4, и кратером 20 в коллекторе 2. При реальных скоростях полета ЧМП 11 закон рас

10

лении 14, выполненном на внутренней поверхности 15 корпуса 1, размещен эластичный стержень 16, выполненный, например, из резины или фторопласта. На внешней боковой поверхности 17 каждого кольца 5 выполнено углубление 18, которое совмещено со стержнем 16, Такое же углубление выполнено на внешней боковой поверхности 19 коллектора 2, которое также совмещено со стержнем 16. Назначение стержня 16 - осуществлять предвари- тельйую взаимную ориентацию мембран , 3 и 4 и коллектора 2. В ряде экспериментов, не требуюпщх высокой точности определения углов атаки ЧМП 11 и 12, координирование отверстий можно осуществлять только относительно углублений 18 в кольцах 5 и коллектора 2, не выполняя реперных отверстий 9. В коллекторе 2 показан кратер 20, являющийся следом воздействия ЧМП, В стенке корпуса 1, противоположной от стенок с отверстием 13, выполнено отверстие 21, через которое вставляются рамки с мембранами 3,4 и коллектор 2. Рамки из колец 5, 6 и коллектор 2 размещены между упорной площадкой 22, выполненной на

стенке корпуса 1 со стороны отверстия 13, и упорной площадкой 23,, выполненной на подвижном элементе 7.

Устройство работает следующим обI раз ом.

При пробое ЧМП мембран 3,4 в них образуются отверстия 10. Мелкие ЧМП 12, скорости которых 2-10 км/с, пробивают мембрану 3, ряд мембран 4 и в зависимости от размера и скорости заплавляются в одной из мембран 4.

, ЧМП 11, имеющие скорость более 10км/с и массу ие менее 10 г, пробивают

все мембраны 3,4 и достигают коллектора 2, в котором образуют кратеры

20, Мелкие ТЧ, скорости которых не

превышают 1-2 км/с, пробивают мембрану 3 и собираются в промежутках между мембранами 3 и 4. Возможно, что . они могут заплавляться в первой из

мембран 4, но могут находиться в

свободнси состоянии между мембранами 4, Величина и форма кратера 20 зависят от массы, энергии и угла атаки ЧМП 11, Угол атаки ЧМП 11 фиксируется цепочкой отверстий 10, образующих треки в мембранах 3,4, и кратером 20 в коллекторе 2. При реальных скоростях полета ЧМП 11 закон распределения отверстий линейный и со- ответствует углу атаки ЧМП 11. Так как любые исследования космических факторов на сегодняшний день доста- |точно дороги, то информативность каждого исследования должна быть возможно максимальной. Применительно к изучению метеорной обстановки это означает,что исследуются области космического пространства, из которых ожидаются метеорные рои и потоки ЧМП Поэтому, с учетом некоторого времени экспозиции возможно попадание в устройство нескольких частиц ЧМП, Имея несколько треков, можно определить направление каждого, но этот способ координирования трудоемок. Для ускорения обработки применяется грубое и точное координирование отверстий 10, Точное координирование отверстий 10 в мембранах 3, 4 и на коллекторе 2 производится по реперным отверстиям 9. Грубое координирование - по углублениям 18, Для этого кольца 5 и 6 с мембранами 3 и 4 устанавливаются в устройство для регистрации следов ЧМП 11, например, в сканирующий микроскоп и определяют координаты отверстий 10 в двух направлениях, приняв за базы отверстия 9 (или край углубления 18), Эта работа вьтолняется последовательно для всех мембран 3,4 и коллектора 2, Затем полученные координаты сравниваются и анализируются, В результате сравнения получаем угол атаки ЧМП 11, Величины энергий и скоростей ЧМП 11 можно оценить сравнением формы и размеров отвер стий 10 в мембранах 3 и 4, а также величин и форм кратеров 20 в коллекторе 2, Для повышения точности оценки величины энергии и скорости ЧМП необходимо калибровать устройство путем медленной его бомбардировки на ускорителе частицами, неоднородными по составу, скоростям и размерам.

0

5

После калибровки устройства, определив массу частицы, можно с большой точностью судить о физико-механических и кинетических параметрах ЧМП,

Применение предлагаемого устройства повьш1ает информативность за счет возможности регистрации, угла атаки частиц, оценки величины их энергий и скоростей и возможности захвата малых низкоскоростных частиц без их разрушения, а также снижает ск9Рость высокоскоростных частиц, что уменьшает вероятность их испарения при ударе о коллектор.

Формула изобретения

1.Устройство для сбора метеорной 0 пьши, содержащее корпус с упругой

мембраной, установленной в его верх- ней части, и коллектор, отличающееся тем, что, с целью повьш ения информативности за счет возможности регистрации угла атаки частиц, определения их энергий, скоростей и захвата низкоскоростных частиц без их разрушения, коллектор выполнен в виде пластины, установленной в нижней части корпуса, корпус снабжен дополнительными мембранами, установленными внутри него параллельно коллектору, при этом в мембранах и коллекторе выполнены соосные отверстия, оси которых перпендикулярны поверхности коллектора,

2,Устройство по п,1, отличающееся тем, что корпус снабжен дополнительным коллектором, размещенньм на его верхнем торце.

5

0

5

0

3. Устройство По По1, отличающееся тем,, что ме йраны выполнены из радиационностойкого материала, например полиэтилентерефта- лата, а их наружные поверхности металлизированы.

8

Фи2.1

Изобретение относится к аппаратуре для исследования факторов космического пространства и может быть использовано для сбора и доставки на Землю частиц метеорной пыли. Цель изобретения - повышение информативности за счет возможности регистрации угла атаки частиц, определение их энергий и скоростей и захват низкоскоростных частиц без их разрушения. Устройство содержит корпус со сквозным отверстием и коллектор, установленный в нижней части корпуса. Корпус выполнен составным и снабжен мембранами, размещенными внутри него с зазором и параллельно коллектору. В мембранах и коллекторе выполнен ряд соосных реперных отверстий, оси которых перпендикулярны поверхности коллектора, а корпус снабжен дополнительным коллектором, размещенным на его верхнем торце. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.