超高速微小碎片激光測速系統研制及應用

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動微小碎片加速器系統并應用于高速飛行微粒速度測量的激光測速系統。該激光測速系統工作原理是,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,激光測速系統已經應用于等離子體加速器發射超高速微粒的試驗中,能有效測量等離子體加速器所發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,激光測速系統能夠實現無損在線速度測量,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。