Pitanje:
Kako svemirske letjelice mjere vlastiti naboj?
uhoh
2017-02-14 11:24:45 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Rasprava na naslijeđenoj stranici NOAA Tematski članak Centra za predviđanje svemirskog vremena: Sateliti i svemirsko vrijeme (nalazi se ovdje):

Vrste anomalija svemirskih letjelica

Anomalije svemirskih letjelica grupirane su u široke kategorije na temelju učinka na letjelicu. Slijedi popis potencijalnih učinaka:

  1. Površinsko punjenje *
  2. Duboko dielektrično ili skupno punjenje *
  3. Uznemirenje jednog događaja (SEU) * a) Galaktičko kozmičke zrake i b) Sunčevi protonski događaji *
  4. Potezanje svemirskih letjelica (<1000 km) *
  5. Učinci ukupnih doza *
  6. Interferencija sunčevih radiofrekvencija i telemetrijska scintilacija *
  7. Krhotine
  8. Orijentacija svemirske letjelice *
  9. Buka fotonike *
  10. Propadanje materijala
  11. Udar meteorita
    • SWPC ima primjenjive podatke / upozorenja / upozorenja / satove / proizvode

Dalje su opisane dvije klase punjenja:

Površinsko punjenje: površinsko punjenje visokim naponom obično ne uzrokuje neposredne probleme svemirskoj letjelici. Međutim, električna pražnjenja koja proizlaze iz diferencijalnog punjenja mogu oštetiti površinski materijal i stvoriti elektromagnetske smetnje koje mogu dovesti do oštećenja elektroničkih uređaja. Varijacije parametara niskoenergetske plazme oko letjelice, zajedno s fotoelektričnim efektom sunčeve svjetlosti, uzrokuju većinu površinskih punjenja. Zbog niske energije plazme, ova vrsta punjenja ne prodire izravno u unutarnje dijelove. Površinsko punjenje može se u velikoj mjeri ublažiti pravilnim odabirom materijala i tehnikama uzemljenja.

Duboko dielektrično ili skupno punjenje: Ova pojava problem je prije svega za svemirske letjelice na velikoj nadmorskoj visini. Ponekad, kada je Zemlja uronjena u brzu solarnu struju vjetra, Van Allenovi pojasevi postaju naseljeni velikim fluksima relativističkih (> ~ 1 MeV) elektrona. Ovi elektroni lako prodiru u zaštitu svemirskih letjelica i mogu stvoriti naboj tamo gdje se zaustave u dielektricima kao što su koaksijalni kabel, pločice, električno plutajući štitovi za zračenje itd. Ako je protok elektrona velik tijekom duljih razdoblja, nagli pražnjenja (sićušni "udari munje") ") može se dogoditi duboko u svemirskoj letjelici.


Ovo i ovo pitanje postavlja se o punjenju svemirskih letjelica, ali želio bih kako bismo znali kako se mjerenje vrši kvantitativno.

Crtež u nastavku prikazuje elektroskop koji se koristi za otkrivanje prisutnosti naboja na drugom objektu . Ne mjeri znak, a pomicanje zlatnih listića ovisi o geometriji - i oblici i razdvajanje štapa i gornje elektrode elektroskopa.

Punjenje svemirskih letjelica mora se nadzirati kako bi se spriječili problemi koji prijete misiji , bilo čega, od poremećaja okoliša koji se mjeri, do lučenja svemirskih letjelica i oštećenja sustava. Elektronski pištolji, jonizatori polja i druge stvari mogu se koristiti za smanjenje punjenja svemirskih letjelica, ali za to svemirski brod treba barem neke podatke o znakovima i veličini, a za svemirske letjelice koje trebaju mjeriti lokalno plazemsko okruženje to je još važnije .

Kako svemirska letjelica mjeri vlastiti naboj , i veličinu i znak? Želim razumjeti načelo koje stoji iza mjeriteljstva, kao i otprilike kako se provodi. Dakle, "S jedinicom za mjerenje naboja" ovdje ne bi bilo dovoljno. Hvala!

enter image description here

gore: Ilustracija elektroskopa sa zlatnim listićima koji pokazuje prisutnost naboja na izolacijskoj šipci održan u blizini. Odavde ovdje.

Prikazani elektroskop zlatnih listića djeluje samo u gravitaciji koja nije nula. Ali kad se doda mala opruga, trebala bi raditi i u svemirskoj letjelici.
@Uwe ili ako je na letjelici stabiliziranoj spinom.
@TonioElGringo bilo komentara?
Dva odgovori:
Organic Marble
2017-02-14 19:35:53 UTC
view on stackexchange narkive permalink

ISS mjeri svoj naboj pomoću jedinice za mjerenje plutajućeg potencijala. Ovaj uređaj radi na sljedeći način ( referenca):

Jedinicu za mjerenje plutajućeg potencijala (FPMU) razvio je Laboratorij za svemirsku dinamiku Sveučilišta Utah (USU-SDL) za proučavanje površinsko punjenje Međunarodne svemirske stanice (ISS). Površinsko punjenje ISS-a složen je problem zbog velike veličine, raznolikosti vodljivih / dielektričnih područja i izloženih rubova solarnih ćelija na njegovim visokonaponskim solarnim nizovima. Ne samo da je ozbiljno punjenje ISS-a opasnost za astronaute u izvanrednim aktivnostima u vozilu, već svako nastalo površinsko lučenje može dovesti do funkcionalnih anomalija i površinske degradacije na ISS-u. Stoga je FPMU razvijen pod intenzivnim pretjeranim mjestima i zahtjevima izvješćivanja jer se smatrao kritičnim za sigurnosne operacije ISS-a.

Iako primarna svrha FPMU-a ostaje nadgledati razine punjenja ISS-a i pružiti skup podataka koji se može koristiti za provjeru valjanosti ISS-ovih modela punjenja 2, sekundarna svrha je mjerenje elektronske gustoće i temperature unutar F-područja jonosfere kako bi se razumjelo zašto se ISS puni. Nažalost, FPMU se ne koristi kontinuirano. Aktivira se zemaljskim naredbama i podaci se bilježe samo za određeno trajanje podatkovne kampanje. Stoga je to u osnovi instrument za "snimku" za mjerenje gustoće i temperature jonosfere.

U nastavku ovog odjeljka dat je kratki pregled paketa instrumenata FPMU. Sljedeći odjeljak predstavlja stečenu kvalitetu podataka i korake poduzete za nadoknađivanje buke i pogrešaka. Nakon toga slijede opisi algoritama za obradu podataka kako bi se prikupljeni podaci sveli na parametre plazme kao što su gustoća elektrona i iona (n e i ni) i temperatura elektrona (T e). Rad zaključujemo raspravom i usporedbom između FPMU izvedene plazme parametri i oni izvedeni iz međunarodnog modela referentne jonosfere (IRI) i državnog sveučilišta Utah - Globalna asimilacija jonosferskih mjerenja (USU-GAIM).

Kao što je prikazano na slici 1, FPMU je set instrumenata koji se sastoji od četiri zasebna instrumenta [2–4]. Tri instrumenta temelje se na Langmuirovoj sondi ili električnim svojstvima istosmjerne struje, dok se četvrti instrument temelji na radio-frekvencijskim (RF) svojstvima sonde.

Sonda plutajućeg potencijala (FPP) zlatna je -platirana kugla polumjera 5,08 cm. Kugla je izolirana od tla šasije krugom visoke impedancije> 10 "ohma. FPP mjeri ISS plutajući potencijal (φ fISS) na mjestu FPMU u rasponu od -180 do +180 V pri 128 Hz. Zamašna Langmuirova sonda (WLP) također je pozlaćena sfera polumjera 5,08 cm i pometa se trokutastim valom od -20 do +80 V u odnosu na tlo šasije (tj. ISS-strukturu) u naponskim koracima 2048. slijedi preusmjeravanje jednake amplitude i duljine uzorka. Struja koja proizlazi iz primijenjenog prolaza napona mjeri se na dva različita 12-bitna kanala: kanalu s malim pojačanjem i kanalu s velikim pojačanjem. rezolucija od 700 nA i kanal s velikim pojačanjem razlučivost od 3,5 nA po brojaču ADC-a. Dakle, kanal s velikim pojačanjem ima dovoljnu osjetljivost za promatranje i emisije fotografija i struje sakupljanja iona, a kanal s malim pojačanjem optimiziran je za promatranje toplinske elektronske struje muir Probe (NLP) je pozlaćeni cilindar polumjera 1,43 cm i duljine 5,08 cm. NLP je postavljen sredinom na nosač koji podupire FPP, a sa svake strane ga čuvaju pozlaćeni cilindri polumjera 1,43 cm i duljine 10,2 cm koji se pomeraju sinkronizirano s NLP-om. Zamah od -4,9 do +4,9 V, u 512 jednakih koraka, primjenjuje se na NLP tijekom jedne sekunde, nakon čega slijedi pomicanje s +4,9 na -4,9 V sljedeće drugi. Ovaj napon pomeranja odnosi se na plutajući potencijal mjeren FPP-om. Dakle, čak i ovaj mali opseg zamaha trebao bi pokriti područje zaostajanja elektrona i neko područje zasićenja elektronom, što omogućuje određivanje ne i Te na 1 Hz. Rezultirajuća struja ponovno se mjeri na dva kanala s različitim pojačanjima. NLP kanal s malim pojačanjem ima razlučivost 175 nA, a kanal s velikim pojačanjem razlučivost 0,88 nA po brojaču ADC-a. Zemaljska laboratorijska kalibracija instrumenta pokazala je da je buka instrumenata WLP i NLP ograničena na samo pogreške kvantizacije.

Sonda impedancije plazme (PIP) sastoji se od električno kratke dipolne antene koja je električno izolirana od ISS-a. Upravlja se u dva različita načina. U načinu rada Plasma Sweeping Sonde (PSP), instrument mjeri električnu impedansu (veličinu i fazu) antene na 256 frekvencija u rasponu od 100 KHz do 20 MHz. U načinu rada sonde frekvencije plazme (PFP), antena prati frekvenciju na kojoj se javlja električna rezonancija povezana s gornjom hibridnom frekvencijom.

Da bi se umanjile smetnje između pojedinih instrumenata, površine sonde postavljene su na najmanje dvije dužine Debye-a za najgorem slučaju rarificiranu i hladnu jonosfersku plazmu. Udaljenost od vrha do vrha od WLP-a do PIP-a iznosi 130 cm, a čitav instrument visok je oko 150 cm. FPMU se sučeljava s ISS-om putem sustava za distribuciju video zapisa (VDS) slično grupi vanjskih TV kamera na ISS-u. Dakle, u osnovi strukturna, električna i komunikacijska sučelja FPMU-a s ISS-om preslikavaju vanjsku video kameru.

FPMU je prebačen na ISS na STS-121 i postavljen 3. kolovoza 2006. na desnoj (S1) konstrukciji ISS-a.

enter image description here

Hvala, ali tamo nema ničega što objašnjava kako se * zapravo * mjeri naboj (znam, upotrijebio sam riječ "a"). Potencijalna sonda i dvije Langmuirove sonde daju * potenciometrijska mjerenja *, a zalijepljeni tekst detaljno opisuje mjernu jedinicu, * ali ne i princip * kojim se mjeri naboj svemirske letjelice. Pretpostavimo da je rezultat `37 volti` - kojem naboju to odgovara? Mislim da je ISS možda previše složena struktura da bi se mogla koristiti kao dobar primjer kako se kvantitativno mjeri naboj svemirske letjelice.
Oprostite, samo zrakoplovni inženjer, koji nije mogao protumačiti ovu EE-lukavstvo. Objavio ga nadajući se da ima smisla za one koji mogu.
Hej, ovo je fascinantna tema! Čitajući izvještaj, ISS je električno "kompliciran", posebno zbog ogromne površine dielektričnih (izolacijskih) površina solarnih panela i vodiča ispod površine koji imaju različit potencijal (napon) na različitim mjestima i u različito vrijeme. Problem je još teži jer ISS "leti" kroz ionosferu (a ne u dubokom svemiru) u magnetskom polju. $ \ Mathbf {v} \ times \ mathbf {B} $ "efekt" inducira električno polje u ISS-u koje djeluje s plazmom. Dakle, ovo će pomoći u provjeri / poboljšanju "modela punjenja".
Što se tiče gluposti, Volts vs Coulombs je poput psi protiv galona. U idealnom su modelu njihovi odnosi jednostavni, ali da, na ISS-u izgleda da ništa nije jednostavno!
@uhoh,, iako su ta dva povezana nekom količinom kapacitivnosti, potencijal je s operativnog stajališta daleko značajniji od punjenja. Zabrinuti su zbog opasnosti od udara ili koronskog pražnjenja (posebno tijekom EVA), što je izravno povezano s potencijalom, a ne s nabojem.
@Tristan možete li objasniti kako se potencijal satelita u dubokom svemiru može definirati? Potencijali uvijek zahtijevaju referentnu vrijednost. U svemiru - što se može koristiti za "zemlju"? Pobliže pogledajte kako se definira kapacitivnost. Mislim da potenciometrijska mjerenja ISS-a imaju smisla posebno zato što se on kreće u plazmi ionosfere, tako da imate drugi potencijal za definiranje potencijalne razlike. Međutim, * naboj * na sondi dubokog svemira potpuno je dobro definirana veličina.
@Tristan da pojasnimo, kad radimo fiziku na papiru ili u glavi, lako možemo postaviti provodnu kuglu u beskonačnost. Ali onda podignite voltmetar s dva kabela ...
Međuplanetarni prostor još je uvijek (vrlo rijetka) plazma, pa postoji neki medij iz kojeg se može referencirati napon. Da se vratimo na pitanje, s obzirom na instrumentaciju svemirskih letjelica, to treba ispitati kroz prizmu "što da radim s tim informacijama". Po toj mjeri ukupni apsolutni naboj ogromne većine svemirskih letjelica nije toliko koristan koliko potencijal koji daje informacije o energiji, a time i riziku od oštećenja ako se izvrše određene radnje.
@Tristan Prvi mi je put promakao ovaj komentar. OK, još ću malo razmisliti. Vaši komentari puno pomažu. Ako imam hipotetički "kanonski" * osjetljiv instrument s vrlo oštrom iglom * u dubokom svemiru i ako znam samo jedan broj, više mi je stalo do apsolutne količine neto naboja na igli, nego do potencijala s obzirom na izuzetno niske gustoće plazme u dubokom svemiru, jer bi polje na mjestu igle moglo lako premašiti bilo koje drugo polje u problemu. Naravno da se ne bih trebao igrati iglama u svemiru, ali to nije * trenutno pitanje *.
@Tristan Mislim da je jedna od vaših točaka (i ostalih) da ukupni naboj svemirske letjelice i naboj igle mogu biti povezani i proporcionalni ako je cijela površina svemirskog broda jedan, kontinuirani vodič, ali je potreban 3D elektrostatički model za dobivanje polja točke igle iz ukupni naboj svemirske letjelice.
** sažetak: ** Komentari sugeriraju da svemirske letjelice mjere svoj * elektrostatički potencijal * u odnosu na bilo koju rarificiranu plazmu koja postoji lokalno, umjesto da izravno mjere svoj * naboj *. Idemo jednom, idemo dva puta ...
C. Towne Springer
2017-02-15 13:36:37 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Možete koristiti izravan pristup mjerenjima. Za znak možete izmjeriti privlači li ili ne odbacuje elektrone plovilo - ili ioni odbijaju ili privlače.

Za jačinu polja možete izmjeriti ubrzanje elektrona ili iona. Ili izmjerite energiju koju imaju nakon prelaska poznate udaljenosti. Na primjer, pogledajte koliko svjetla stvore kada udariju o nešto ili prođite kroz mrežicu s nekim električnim potencijalom. Ili za ubrzanje, izmjerite koliko im treba da prijeđu poznatu udaljenost.

Za potpuno punjenje potreban vam je postupak, a ne jednostavno mjerenje. Budući da svemirske letjelice nisu sve dirigentne i imaju šiljaste dijelove poput antene, raspodjela naboja nije jednolična, kao ni električno polje. Možete izmjeriti cijelu zamišljenu površinu koja zatvara letjelicu i razviti empirijsku formulu za izračunavanje naboja na temelju mjerenja električnog polja u nekoj dogovorenoj točki.

Ove metode nisu apsolutna mjerenja ako nalazite se u moru naboja, poput sunčevog vjetra nakon razdvajanja naboja Zemljinim magnetskim poljem.

Mogu se sjetiti i mnogih načina. Ali u ovom pitanju pitam * kako to * čine. Kako prave svemirske letjelice u svemiru kvantitativno mjere vlastiti naboj.
Kao što kažete, postoji mnogo načina. Na nekima sam i sam radio. Neki su sustavi još uvijek tajni. Ostali više nisu tajna, ali možda ćete biti iznenađeni brojem ljudi koji nikada nisu pušteni sa svoje dužnosti pod sigurnosnom dozvolom.
Sigurno postoje neke civilne letjelice za istraživanje svemira koje se koriste netajnim metodama. Tražim konkretan princip. Mogu razumjeti mjerenje polja negdje i upotrebu modela, a razumijevanje gledanja na brojanje ili struju kao funkciju pristranosti zaslona radi ekstrapolacije na krajnju točku, ali ne razumijem izvor tih čestica. Plutaju li svemirom, miruju li u okviru svemirske letjelice ili dolaze iz drugog dijela svemirske letjelice? Bez "tla" kakav bismo mogli imati u ispitnoj komori na Zemlji, još uvijek ne vidim kako se polje mjeri u praksi.


Ova pitanja su automatski prevedena s engleskog jezika.Izvorni sadržaj dostupan je na stackexchange-u, što zahvaljujemo na cc by-sa 3.0 licenci pod kojom se distribuira.
Loading...