空间真空测量技术研究(2)
3、双圆锥束检测器方向性真空规
转换器方向性真空规是对非平衡态分子流变成平衡态分子流进行测量，而束检测器方向性真空规则是直接测量非平衡态分子流。作者在截头双圆锥分子屏理论研究基础上，研制出了双圆锥束检测器方向性真空规。截头双圆锥结构决定着探测器的准直性能，被称为准直系统，见图3。准直性是评价双圆锥束检测器方向性真空规的一个重要的参数，它取决于构成该探测器的截头双圆锥的几何结构、传感器大小及固定位置。尤其是截头双圆锥结构，对束检测器方向性真空规准直性影响最大。
取截头双圆锥的孔半径r0=4 mm、锥高（ 与锥间距相等）L=60 mm。该双圆锥的理论方向性角（ 定义有效信息强度为0.5 时的旋转角θ 为双圆锥的理论方向性角）约为3o。这远远小于等效的单孔入射机构的理论方向性角，也比同孔径、同长度的单管入射机构的理论方向性角小，显示了截头双圆锥具有良好的准直特性。制作准直系统的材料选用0.15 mm 厚的不锈钢板。
传感器结构决定方向性真空规的真空参数，即规工作范围和电离性能，包括测量上、下限和灵敏度系数。因此这一部分的设计是十分重要的。
装载在卫星上的方向性真空规要求体积小。设计电离机构的指导思想是：不用现有的裸B-A 规，而是重新试制一个电离机构，并要求它小型化，结构像B-A 规那样简单，尽可能使其工作在（ 10-2～10-7） Pa。同时它的工作参量与普通B-A 规参数相同，这样规工作时直接用B-A 规超高真空规线路。
设计的电离机构主要包括3个部分：灯丝3、电子收集极5 和离子收集极4，另外还有一个屏蔽极6。为了使电离机构小型化，把电子收集极设计成带有端栅的扁形栅，并采用环形灯丝。
为了使后锥室内的分子具有大的逃逸几率，以保证较低的压力测量本底，B-A 规的3个极被焊在一个圆环形的不锈钢芯座上，如图4 所示。探测器装配好后，圆环芯座的中间以及圆环芯座与后锥室底部边缘之间的间隙都可以成为分子逃逸的通道。同时，圆环芯座比传统的圆盘芯座的表面积小，真空放气也相应减少了。
这些措施都有利于减小压力测量本底，以探测空间中较低密度的分子流。此外，圆环芯座比同类的圆盘芯座的体积小、质量轻，更适合于空间应用。
研制的双圆锥束检测器方向性真空规的主要技术指标为：测量范围为(10-7～10-2) Pa；测量不确定度为31%；理论方向角为3o；质量为4.8 kg；尺寸为φ 95 mm×116 mm。
4、结论
通过对大量文献的归纳和分析，在此基础上研制出了2 种空间真空规样件，并测试了这2 种规的基本性能。球锥型转换器方向性真空规具有方向性好（方向性角为15o，与方向性最好的管入口型转换器方向规的方向性角近似）、质量轻、转换平衡效果好、响应快等特点；双圆锥束检测器方向性真空规具有准直性高、质量轻、体积小等特点，更适合于空间应用。通过对这2 种空间真空规的性能进行进一步完善，可用于低地球轨道空间环境的真空度（大气密度）的探测。
空间真空测量技术研究涉及的内容十分广泛，工作量大，技术难度高。这是一个中、长期的研究项目，需要分阶段、有计划、有步聚地长期进行研究。为了继续深入开展空间真空测量技术的研究，今后还需要做以下工作：
(1)采用理论与实验相结合的研究方法，有针对性地开展非平衡态分子流的研究；
(2)继续进行低地球轨道空间真空环境的探测；
(3)开展极高真空测量技术的研究，研制出适合空间用的极高真空电离规，用于月球表面及其深度宇空环境的模拟与探测；
(4)建立极高真空电离规地面校准系统，对极高真空电离规进行精确校准，保证测量数据的准确与可靠；
(5)开展空间质谱技术研究，研制空间质谱计，用于航天器上的分压力测量及星球表面土壤成分的探测；
(6)依据空间真空测量的特殊性，建立定向流校准系统和非平衡态分子流校准系统，以解决空间真空测量中的真空校准问题。
