超高速微小碎片激光測速系統(tǒng)研制及應用

地面超高速模擬實驗是研究微小空間碎片撞擊效應經(jīng)濟有效的手段,其中等離子體加速器為微米量級碎片的主要地面模擬設備。

本文研制了在等離子體驅(qū)動微小碎片加速器系統(tǒng)并應用于高速飛行微粒速度測量的激光測速系統(tǒng)。該激光測速系統(tǒng)工作原理是,利用主動激光照明,在顆粒飛行路徑上形成光墻,通過檢測顆粒通過光墻形成的散射激光,得到微粒到達光墻的時間,利用飛行時間法進行高速微粒速度測量。

在激光測速系統(tǒng)原理測試實驗中,采用信號響應上升時間小于10ns,電子渡越時間小于20ns的高靈敏、快響應的光電倍增管,原理試驗測得該探測系統(tǒng)的響應時間僅為約70ns。

該響應時間小于速度為15km/s的顆粒通過3～5mm厚度的片狀激光束的理論時間,并驗證了該系統(tǒng)靈敏度高、響應時間快的特點,可以滿足超高速微粒(8～20km/s)通過3～5mm激光墻的時間閾值(約0.1μs)的需求。

目前,激光測速系統(tǒng)已經(jīng)應用于等離子體加速器發(fā)射超高速微粒的試驗中,能有效測量等離子體加速器所發(fā)射的高速微粒的群速度,對15km/s及以上速度的超高速顆粒亦能捕捉到有效信號,實現(xiàn)對微粒速度的測量,達到了良好的預期效果。

在等離子體微小碎片加速器上開展的超高速撞擊試驗中,激光測速系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)無損在線速度測量,對等離子體加速器上開展的超高速撞擊試驗提供了重要幫助。