一种用于高温超导空间碎片消除的磁悬浮实验装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112928949A(43)申请公布日2021.06.08(21)申请号202110090506.6(22)申请日2021.01.22(71)申请人中国科学院电工研究所地址100190北京市海淀区中关村北二条6号(72)发明人王厚生全林王晖王鲲鹏王建超张艳马本栋吴文堂李然李泠彭爱武(74)专利代理机构北京科迪生专利代理有限责任公司11251代理人杨学明(51)Int.Cl.H02N15/00(2006.01)H02K55/00(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称一种用于高温超导空间碎片消除的磁悬浮实验装置(57)摘要本发明涉及一种用于高温超导空间碎片消除的磁悬浮实验装置，包括矩形截面跑道形低温超导线圈、可升降的冷却平台、高温超导块材、模拟碎片、以及辅助的低温杜瓦及制冷设备和真空泵等；矩形截面的跑道形低温超导线圈水平放置，可升降冷却平台在低温超导线圈的上方对称面位置，平台上放置高温超导块材，模拟碎片搭载在高温超导块材上。低温超导线圈进入超导状态后，高温超导块材再被冷却，利用钉扎效应连同搭载在上面的模拟碎片就会悬浮在原处，高温超导块材可以无阻力地在水平方向局部范围内自由运动，当激光轰击在模拟碎片上时，表面材料出现局部烧蚀汽化，其反作用力驱动模拟碎片开始运动，通过测量模拟碎片的位移、速度、加速度和姿态的变化。CN112928949ACN112928949A权利要求书1/1页1.一种用于高温超导空间碎片消除的磁悬浮实验装置，其特征在于：包括：矩形截面跑道形低温超导线圈、可升降的冷却平台、高温超导块材和模拟碎片，其中：矩形截面的跑道形低温超导线圈水平放置，可升降冷却平台在低温超导线圈的上方或下方对称面位置，平台上放置高温超导块材，模拟碎片搭载在高温超导块材上，利用矩形截面的跑道形低温超导线圈在其上方或下方产生水平方向均匀分布的竖直方向磁场，利用高温超导块材的钉扎效应实现竖直方向的稳定磁悬浮和水平方向上的自由运动；跑道形低温超导线圈先进入超导状态产生磁场，高温超导块材再进入超导状态锁定磁通，触发钉扎效应，然后可移动冷却平台离开，高温超导块材进入磁悬浮状态；模拟碎片连同模拟碎片被激光轰击加速以后，运动到末端位置以后会向上摆动和减速，丧失水平自由悬浮状态，然后又向回运动到初始位置，此时可升降冷却平台回到初始位置对高温超导块材进行捕获，以便进入下一轮激光轰击实验。2.根据权利要求1所述的用于高温超导空间碎片消除的磁悬浮实验装置，其特征在于：还包括辅助的低温杜瓦及制冷设备和真空泵、励磁电源；低温超导线圈、可升降冷却平台、高温超导块材及模拟碎片都放置在低温杜瓦内，高温超导块材位于跑道形线圈上方或下方长度方向对称面内，在真空泵的工作下，杜瓦内的空气被抽出接近真空，阻断了热传导和对流，加上杜瓦内衬超级绝热层的防热辐射作用，杜瓦内的部件与外界常温环境热隔离，制冷设备开始运作，跑道形超导线圈被逐步降温至临界温度以下，进入超导态；励磁电源给跑道形超导线圈通电，梯度地提高其载流至额定值，在线圈周边产生稳定磁场，励磁电源进入恒流状态；磁场稳定以后，制冷设备通过可升降冷却平台给高温超导块材降温，当冷到临界温度以下时，高温超导块材位置的磁通被锁定在高温超导块材内，形成钉扎效应，可升降冷却平台移开，高温超导块材，连同搭载在上面的模拟碎片就会悬浮在原处，低温超导线圈在跑道直线段对称面上方或下方位置产生了水平方向均匀分布的磁场，在水平低温超导线圈水平方向上高温超导块材可以无阻力地自由运动，当激光轰击在模拟碎片上时，表面材料出现局部烧蚀汽化，其反作用力驱动模拟碎片开始运动，通过测量模拟碎片的位移、速度、加速度和姿态的变化，既可以得出不同剂量的激光轰击会对模拟碎片产生的影响程度，从而分析和预见外太空碎片在地面激光轰击下的运动状态变化和轨迹。2CN112928949A说明书1/4页一种用于高温超导空间碎片消除的磁悬浮实验装置技术领域[0001]本发明涉及超导电磁悬浮技术领域，具体涉及一种用于高温超导空间碎片消除的磁悬浮实验装置，可应用于相关实验测试仪器，地面高速交通工具等领域。背景技术[0002]随着人类空间发射活动的增多，遗留、废弃在地球周边太空轨道上的各种人造飞行器及碎片也越来越多，这些碎片以大于第一宇宙速度的速度飞行，对重新发射过程和工作中的有效空间卫星、空间站造成巨大的安全威胁。一直以来，人类提出各种办法逐步清除这些太空垃圾，包括利用主动式空间飞行器抓取、抛撒飞网捕获，或者地面高能激光轰击等方法，其中，在地面利用高能激光束轰击飞行中的空间碎片，金属碎片表面被瞬间加热相变释放气体产生反推作用力，能够有效改变空间碎片的飞行速度和路径，使其逐渐失速，最后坠入大气层烧毁，