空間真空測量技術研究

2010-02-05 王曉霞蘭州物理研究所

1、引言

　　空間真空測量技術是與人類探索和開發宇宙空間的進程緊密相連的。人類從地面出發，向深度宇空進軍，要經歷寬廣的氣體壓力變化，空間科學研究的對象正是處在這樣的環境之中。因此，對宇空真空環境的度量和探測，也就成為空間科學中的研究內容。

　　在宇宙空間，從航天器飛出的分子無碰撞地沉沒在無限空間之中再不返回，所以宇宙空間是具有無限抽速的“ 分子沉”環境。在分子沉效應的空間真空環境中，分子運動有非常強的方向性，呈各向異性分布，分子密度也是非均勻分布，建立在氣體分子運動論基礎上的一些平衡態下的定律和公式已不適用，要運用非平衡態分子流理論進行研究。

　　非平衡態分子流的研究，具有一定的普遍性，又有很強的目的性。國外在這方面開展了一些理論探討和實驗研究工作。因為被研究對象的特殊性，所以至今尚未建立普遍適用的理論體系和實驗方法，大多數是結合具體研究對象開展理論與實驗方面的研究。

　　美國NASA研究了用球形校準容器作為大型空間模擬容器的原位置校準的有關理論問題；英國愛德華公司實測了球形校準容器中分子流場分布；德國PTB 實測了校準容器中內切球赤道上的分子流場分布；德國宇航院（ DFVLD）研究了大型空間模擬器中的分子流場分布，并實測了航天飛機上空間實驗室附近的分子流場分布；原蘇聯結合實際的受控核聚變反應裝置研究了“ 復雜系統中的分子流場”；我國蘭州物理研究所對球形校準容器中分子流場分布和一些真空部件（孔和管道）出口分子流花樣分布進行了實測，都獲得了一些針對性強、有實用價值的研究結果。

　　方向性真空規是研究非平衡態分子流的有力工具。隨著對非平衡態分子流研究的深入和發展，尤其是空間科學的進展，大大地開闊了非平衡態分子流的研究領域，相繼出現了很多類型的方向性真空規。空間比較常用的2 種方向性真空規是轉換器方向性真空規和束檢測器方向性真空規。

　　美國、俄羅斯（原蘇聯）、歐共體等在空間真空測量方面已作了大量的研究工作，先后研制出一系列方向性真空規用于探測大氣層密度和壓力分布。

　　美國、俄羅斯等國家已研制出專用的方向性真空規，正在進行金星、火星的大氣環境的探測；用于水星、木星大氣環境探測的方向性真空規正在研制之中。

　　在國內，中國科學院空間科學與應用研究中心與蘭州物理研究所在從事空間真空測量方面的研究工作。我國在這一領域雖然起步較晚，但成績顯著。

　　中國科學院空間科學與應用研究中心已將研制出的空間真空規用于“ 神舟”號飛船上，對飛船運行軌道高度上空間真空度的變化進行了探測。

　　蘭州物理研究所已研制出了2種空間真空規樣機，即轉換器方向性真空規和雙圓錐束檢測器方向性真空規。這2 種空間真空規通過對其性能進行不斷完善，可用于低地球軌道空間環境的真空度（大氣密度）的探測。作者將簡要介紹所研制的這2種空間真空規。