一种基于无磁矩强磁阵列的辐射防护系统的制作方法

1.本发明涉及空间环境领域，具体涉及卫星在轨辐射防护技术领域。


背景技术：

2.空间环境中的高能带电粒子或光子对航天器的辐射作用，可诱发航天器产生永久性故障或暂时性损伤，包括单粒子效应、总剂量效应、表面充放电效应、位移损伤效应、内带电效应等。
3.目前广泛应用的在轨辐射防护技术为被动屏蔽,如用金属、聚合物作为屏蔽体。这种方式通过增加材料质量和厚度,使高能粒子与物质相互作用增多,从而提升高能粒子的屏蔽性能,然而,这种屏蔽一方面需要很高的屏蔽质量，另一方面也增加了轫致辐射生成的大量次级粒子和x射线。所以空间辐射防护越来越关注另一种主动屏蔽技术，例如电场屏蔽和磁场屏蔽，可利用磁场或电场把带电粒子从航天器引离，从而实现辐射防护。其中，电场防护由于耗电功率大等无法解决的问题，目前还存在很大的困难，仅可用于星球表面驻留时的空间辐射防护设计。近年来,磁场的主动屏蔽方式研究较多,它通过带电粒子受洛伦兹力作用发生偏转,并被引离航天器,从而降低航天器内宇航员的辐射剂量。但是,这种方式需要在一个较大范围、磁感应强度达到几t的强磁场条件下进行。而超强磁场如何实现又能避免航天器不受强磁场的影响，强磁场如何避免与空间背景磁场磁重联后,导致低能等离子体对飞行器及磁场构建的影响,依然是一个巨大的挑战。
4.本发明结合航天器在轨辐射防护技术发展需求,紧跟未来商业卫星平台的长寿命和轻量化的趋势和重点，提出了一种基于无源无磁矩强磁阵列式模块化的辐射防护技术。


技术实现要素：

5.本发明提出了一种基于无源无磁矩强磁阵列的辐射防护系统，能解决现有技术中存在质量屏蔽的高代价、强磁防护的平台影响等问题，为在轨飞行器提供一种简单、高效、低损耗、低成本、无副作用的空间粒子辐射防护方案。
6.本发明是通过下述技术方案实现的：
7.一种基于无磁矩强磁阵列的辐射防护系统，包括若干个磁场为单边磁场的单边强磁贴片，所有所述单边强磁贴片被排列设置为磁矩相互抵消，实现整体无磁矩。
8.进一步地，还包括设置在被防护目标外的贴片外壳，所述贴片外壳用于设置所述单边强磁贴片。
9.进一步地，所述单边强磁贴片内部的磁畴按照磁冻结规律排列或形成闭合回路进行设计加工，其效果表现在磁体的一侧汇聚磁力线，另一侧消弱磁力线，从而获得单边强磁场结构。
10.进一步地，所述单边强磁贴片包含不同形状磁路设计，如典型的直线型或圆柱型，其中直线型为长方形薄片形状，圆柱形为圆形薄片形状，据此可以组装拼接为任意需要形状防护装置。
11.进一步地，所述单边强磁贴片内部磁场不小于1t，表面磁场不小于0.5t。
12.进一步地，若干磁矩大小、方向各异的所述单边强磁贴片，采用“互消”的原则通过特殊的阵列布局，实现一种无磁矩的强磁结构。
13.进一步地，所述单边强磁贴片为模块化设计，即标准化形状的贴片设计，一方面可以通过多块组合形成更强效果的立体防护结构，另一方面通过不同排列组合形成任意需要的防护形状，可快速适用于不同航天器的应用需求。
14.本发明提出的基于无源无磁矩强磁阵列的辐射防护系统具有以下优势：
15.(1)本发明采用一种无磁矩的强磁结构，可实现较为理想的单边强磁场，效果可达特斯拉量级强磁(材料内部)。在此基础上采用模块化阵列排列设计，一方面利用强磁阻止带电粒子的能力，另一方面利用材料本身的质量阻止能力，可有效屏蔽高能带电粒子穿透能力。
16.(2)本发明采用的单边强磁贴片可包含直线型、圆柱型等基于类似单元构成的更复杂结构。
17.(3)本发明所采用的无磁矩强磁阵列技术，通过特殊的阵列布局，实现整体无磁矩特性，使航天器磁场分布状态相对背景地磁场近似消减状态，提供强磁的基础上，实现无磁矩效果，对卫星姿态控制无干扰。
18.(4)本发明所采用的无磁矩强磁阵列技术，可采用模块化设计，适用于不同航天器的应用需求，可有效降低成本，提高使用范围。
附图说明
19.图1为本发明的直线型强磁阵列装置示意图；其中，1-5为不同磁矩方向的强磁贴片，6-磁力线。
20.图2为本发明的无磁矩强磁阵列的辐射防护装置具体实施示意图；其中，1-为待辐射防护装置或区域，2-强磁阵列装置，3-强磁贴片外壳。
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
22.一种基于无磁矩强磁阵列的辐射防护系统。能够通过精细磁路设计，使得材料内部的磁畴按照一定规律排列或形成闭合回路，将材料磁性“锁定”在一定区域内，在磁体的一侧汇聚磁力线，而在另一侧消弱磁力线，从而获得单边强磁场，并通过特殊的阵列布局，实现一种无磁矩的强磁结构。将该强磁阵列贴附于航天器关键元器件和组件周围，一方面通过强磁和质量综合防护，对特定能量阈值下的高能粒子实现强磁屏蔽，另一方面仍保持无磁矩特性，对卫星姿态控制无干扰，提供粒子辐射防护。
23.进一步地，强磁贴片采用铁磁性材料在磁化过程中内部磁畴及磁畴壁的变化规律制成，强磁贴片内部磁场不小于1t，表面磁场不小于0.5t。
24.进一步地，无磁距强磁贴片采用模块化设计，具体包含直线型和圆柱型等典型结构，可实现各种产品防护需求。
25.进一步地，根据材料内部磁畴的排布方式和控制需求，结合多种模块(直线型、圆柱型)强磁阵列构型特点，通过专cst软件，对阵列磁路进行精细仿真和设计，得到阵列的排
布规律和最优组合方式，整体磁距小于100ma
·
m2，实现无磁矩强磁阵列装置。
26.本实施例提供了一种无源无磁矩强磁阵列的辐射防护系统，如图2所示，包括待防护装置卫星平台1、单边强磁贴片2、强磁贴片外壳3。
27.防护装置卫星平台1为重点辐射防护区域或单机，强磁贴片外壳3用于强磁阵列装置安装，多个单边强磁贴片2形成强磁阵列装置，按图示方向依次组装构造(如箭头所示)，形成小区域闭合的强磁回路，即可用于提供单边强磁环境，实现无磁矩强磁防护功能，材料内磁场强度超过0.5t。
28.如图1所示，强磁阵列装置2包括特殊排列的基于磁畴控制无源永磁阵列6-8、形成与单边强磁贴片2对应的单边强磁结构9。
29.凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种基于无磁矩强磁阵列的辐射防护系统，其特征在于，包括若干个磁场为单边磁场的单边强磁贴片，所有所述单边强磁贴片被排列设置为磁矩相互抵消，实现整体无磁矩。2.根据权利要求1所述的防护系统，其特征在于，还包括设置在被防护目标外的贴片外壳，所述贴片外壳用于设置所述单边强磁贴片。3.根据权利要求1所述的防护系统，其特征在于，所述单边强磁贴片内部的磁畴按照磁冻结规律排列或形成闭合回路进行设计加工，其效果表现在磁体的一侧汇聚磁力线，另一侧消弱磁力线，从而获得单边强磁场结构。4.根据权利要求3所述的防护系统，其特征在于，所述单边强磁贴片包含不同形状磁路设计，如典型的直线型或圆柱型，其中直线型为长方形薄片形状，圆柱形为圆形薄片形状，据此可以组装拼接为任意需要形状防护装置。5.根据权利要求1所述的防护系统，其特征在于，所述单边强磁贴片内部磁场不小于1t，表面磁场不小于0.5t。6.如权利要求1所述的无磁矩强磁贴片阵列技术，其特征在于，若干磁矩大小、方向各异的所述单边强磁贴片，采用“互消”的原则通过特殊的阵列布局，实现一种无磁矩的强磁结构。7.如权利要求1所述的无磁矩强磁贴片阵列技术，其特征在于，所述单边强磁贴片为模块化设计，即标准化形状的贴片设计，一方面可以通过多块组合形成更强效果的立体防护结构，另一方面通过不同排列组合形成任意需要的防护形状，可快速适用于不同航天器的应用需求。

技术总结
本发明提出一种基于无磁矩强磁阵列的辐射防护系统。所述系统为空间辐射防护系统，能够通过精细磁路设计，使得材料内部的磁畴按照一定磁冻结规律排列或形成闭合回路，将材料磁性“锁定”在一定区域内，在磁体的一侧汇聚磁力线，而在另一侧消弱磁力线，从而获得单边强磁场，并通过特殊的排列布局，实现一种无磁矩的强磁结构。将该强磁阵列贴附于航天器关键元器件和组件周围，一方面通过强磁和质量综合防护，对特定能量阈值下的高能粒子实现强磁屏蔽，另一方面仍保持无磁矩特性，对卫星姿态控制无干扰，提供粒子辐射防护。提供粒子辐射防护。提供粒子辐射防护。


技术研发人员：易忠 彭忠 黄魁 肖琦 高扬 唐小金 王斌 张绍华 代佳龙 张超 张薇 陈金刚 徐超群 刘超波
受保护的技术使用者：北京卫星环境工程研究所
技术研发日：2022.12.20
技术公布日：2023/6/27