探测微小空间碎片的MOS电容传感器设计研究

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1、第22卷第1期航天器工程v01．22No．12013年2月SPACECRAFTENGINEERING87探测微小空间碎片的MOS电容传感器设计研究何正文1张明磊1向宏文1吴中祥1王金延2(1北京空间飞行器总体设计部，北京100094)(2北京大学微电子研究所，北京100871)摘要获得在轨微小碎片环境数据，是建立、检验和完善微小碎片环境模型不可缺少的手段。国内空间碎片研究工作的深入开展，须要研制适合搭载到航天器上的微小碎片探测器，以完成轨道空间的微小碎片的质量、尺寸、速度及飞行方向等参数的测量。微小碎片撞击到金属一氧化物一半导体(MOS)电容传感器，会导致传感器放电和充电，

2、通过检测充电过程的电脉冲信号，记录微小空间碎片撞击事件，从而获得微小空间碎片通量。文章就探测微小碎片的MOS电容传感器设计及其地面高速粒子撞击模拟试验进行了研究，并验证其探测微小空间碎片的可行性。关键词微小空间碎片；MOS电容；撞击中图分类号：V447文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2013．01．017StudyofOn。boardMicroSpaceDebrisMCapacitor-typeDetectorHEZhengwenlZHANGMingleilXIANGHongwenlWUZhongxian91WANGJinyan2(1

3、BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)(2InstituteofMicroelectronics，PekingUniversity，Beijing100871，China)Abstract：Theon—boardacquiringdataofmicro—debrisisanecessarywaybywhichthedevelopingspacedebrismodelsareverifiedandimproved．Tomeettherequirementofspacedebrisre

4、search，itisindispensabletodevelopon—boardmicrospacedebrisdetectorswhicharefitforspacecraft．On—boardmicrospacedebrisdetectorswillmeasurethemass。velocityanddirectionofmicro—deb—ris．Thechargedmetal—oxide—silicon(MOS)capacitorwillbedischargedandrechargedwhenamicro—debrisimpactstheMOScapacitors

5、ensor．Theimpacteventcanberecordedbymeasuringthechargingsignal，thenfluxofmicrospacedebriscanbeobtainedbytheimpactevents．ThesystemicschemeofMOScapacitorsensorforamicrospacedebrisdetectorisdesignedinthispaper．Themaincontentsincludedesignofcapacitorsensors，impactingsensorstestbyhyperve—locityp

6、articlesaccelerator．TheresultsshowthatthedesignmethodofMOScapacitorsensorisreasonableandfeasible．Keywords：microspacedebris；metal—oxide—siliconcapacitor；impact1引言航天活动对人类生活方式产生重要影响，人类对宇宙空间的认识也越来越深入，但与此同时人类在地球空间制造的空间垃圾(即空间碎片)tg在不断地增加。空间碎片对在轨航天器安全运行构成威胁，其中微小空间碎片(“m量级)由于其数量众多、收稿日期：2012—05—02；修回

7、日期：2013—01—07作者简介：何正文(1977一)，男，工程师，从事航天器空间环境效应研究和航天器质量管理工作。Email：hezhengwen501@163．corn。88航天器工程22卷空间密度大，与航天器碰撞的频率非常高，其累积效应也会对航天器表面材料和器件的性能产生影响[1]。由于微小空间碎片无法从地面进行探测和观测[z]，开展在轨探测微小空间碎片是获取在轨数据、深入了解微小空间碎片环境的唯一手段。空间微小碎片在轨探测方法可分为被动探测和主动探测。被动探测方法是通过回收航天器表面材料，分析空间碎片撞击