JPH06302296A - 宇宙空間ガス分析装置 - Google Patents
宇宙空間ガス分析装置Info
- Publication number
- JPH06302296A JPH06302296A JP5113745A JP11374593A JPH06302296A JP H06302296 A JPH06302296 A JP H06302296A JP 5113745 A JP5113745 A JP 5113745A JP 11374593 A JP11374593 A JP 11374593A JP H06302296 A JPH06302296 A JP H06302296A
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- JP
- Japan
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- artificial satellite
- satellite
- gas
- ion
- energy
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- Pending
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- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 人工衛星に搭載するための軌道上ガスのモニ
ター装置 【構成】 人工衛星の進行に伴い、人工衛星の開口を通
してはいってくるガス分子をイオン化し、加速すること
なく、反射型エネルギー分析器でエネルギー分析して分
子の質量を弁別する。 【作用】 人工衛星に入射する分子は全て同じ人工衛星
速度を持っているから、エネルギー分析により質量分析
ができる。
ター装置 【構成】 人工衛星の進行に伴い、人工衛星の開口を通
してはいってくるガス分子をイオン化し、加速すること
なく、反射型エネルギー分析器でエネルギー分析して分
子の質量を弁別する。 【作用】 人工衛星に入射する分子は全て同じ人工衛星
速度を持っているから、エネルギー分析により質量分析
ができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は地球を取り巻く人工衛星
の軌道空間に存在するガスを分析する装置に関する。人
工衛星は軌道上に存在するガス分子と衝突することによ
る表面材料のスパッタリングとか化学反応によって表面
材料が劣化され、これが人工衛星の寿命に関係するの
で、その対策をたてるため、その他の目的で、人工衛星
に搭載するのに適したガス分析手段が求められている。
の軌道空間に存在するガスを分析する装置に関する。人
工衛星は軌道上に存在するガス分子と衝突することによ
る表面材料のスパッタリングとか化学反応によって表面
材料が劣化され、これが人工衛星の寿命に関係するの
で、その対策をたてるため、その他の目的で、人工衛星
に搭載するのに適したガス分析手段が求められている。
【０００２】
【従来の技術】従来は上述した目的のため、地上で用い
られる四重極型とか磁場型の質量分析計が用いられてい
た。しかし磁場型は重いので人工衛星に搭載するのに不
利である。四重極型は磁場型に比較すれば軽量化できる
が、電源回路が複雑であり、信頼性とか重量の点では決
して人工衛星搭載に適したものではない。このため、タ
ーゲットに軌道上ガスを衝突させて生じるスパッタリン
グ現象によってガス分析を行うとか、或はターゲットの
化学変化を検出し、或は光散乱を利用する等の方法が提
案されているが、人工衛星を回収しないと結果が分から
ないとか、或る程度の時間をかけないと測定値が出てこ
ないので、人工衛星打ち上げ直後から継続的に軌道上ガ
スを分析すると云うようなことはできない。また従来装
置では人工衛星自体から出るアウトガスと本来の空間ガ
スとを区別して測定することができなかった。
られる四重極型とか磁場型の質量分析計が用いられてい
た。しかし磁場型は重いので人工衛星に搭載するのに不
利である。四重極型は磁場型に比較すれば軽量化できる
が、電源回路が複雑であり、信頼性とか重量の点では決
して人工衛星搭載に適したものではない。このため、タ
ーゲットに軌道上ガスを衝突させて生じるスパッタリン
グ現象によってガス分析を行うとか、或はターゲットの
化学変化を検出し、或は光散乱を利用する等の方法が提
案されているが、人工衛星を回収しないと結果が分から
ないとか、或る程度の時間をかけないと測定値が出てこ
ないので、人工衛星打ち上げ直後から継続的に軌道上ガ
スを分析すると云うようなことはできない。また従来装
置では人工衛星自体から出るアウトガスと本来の空間ガ
スとを区別して測定することができなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は軽量、構造簡
単で即時に測定結果が得られる人工衛星搭載用のガス分
析手段を提供しようとするものである。
単で即時に測定結果が得られる人工衛星搭載用のガス分
析手段を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】人工衛星の進行方向に向
かって開口している中性分子イオン化部と、同イオン化
部の後方に配置された反射電界型エネルギー分析器と、
イオン検出器とよりなる装置を人工衛星に搭載する。
かって開口している中性分子イオン化部と、同イオン化
部の後方に配置された反射電界型エネルギー分析器と、
イオン検出器とよりなる装置を人工衛星に搭載する。
【０００５】
【作用】 人工衛星の軌道空間に存在するガスは地球大
気圏の宇宙空間への延長部分と見なし得るもので地球に
対して静止したガス圏となっている。このため人工衛星
はこのガス圏内のガスに対して衛星速度で進行してお
り、人工衛星から見るとき、軌道上のガスは衛星速度に
加速された分子流として観測されることになる。このよ
うなガス分子がイオン化部に取り込まれるので、本発明
によればイオンの加速手段なしに一定速度に加速された
イオンが得られる。地上ではイオンビームは中性分子を
イオン化した後電界で加速するので、質量によってイオ
ン速度は異っており、このため電界だけでは質量分析が
できないが、本発明の場合、得られるイオンはイオン質
量に関せず全て同一であるので、イオンの持っている運
動のエネルギーはイオン質量に比例している。従ってエ
ネルギー分析器によってイオン質量を弁別することがで
きるのである。反射電界型エネルギー分析器は入射イオ
ンをエネルギーに応じて異る位置に収束させることでエ
ネルギー分析をするエネルギー分析器とは異り、入射イ
オンがビーム状である必要がないので、入射イオンの方
向即ち人工衛星の向きが多少変動してもイオン検出感度
が変化しない。
気圏の宇宙空間への延長部分と見なし得るもので地球に
対して静止したガス圏となっている。このため人工衛星
はこのガス圏内のガスに対して衛星速度で進行してお
り、人工衛星から見るとき、軌道上のガスは衛星速度に
加速された分子流として観測されることになる。このよ
うなガス分子がイオン化部に取り込まれるので、本発明
によればイオンの加速手段なしに一定速度に加速された
イオンが得られる。地上ではイオンビームは中性分子を
イオン化した後電界で加速するので、質量によってイオ
ン速度は異っており、このため電界だけでは質量分析が
できないが、本発明の場合、得られるイオンはイオン質
量に関せず全て同一であるので、イオンの持っている運
動のエネルギーはイオン質量に比例している。従ってエ
ネルギー分析器によってイオン質量を弁別することがで
きるのである。反射電界型エネルギー分析器は入射イオ
ンをエネルギーに応じて異る位置に収束させることでエ
ネルギー分析をするエネルギー分析器とは異り、入射イ
オンがビーム状である必要がないので、入射イオンの方
向即ち人工衛星の向きが多少変動してもイオン検出感度
が変化しない。
【０００６】
【実施例】図１に本発明の一実施例を示す。人工衛星は
図で左方に進行しており、図の装置がその人工衛星に搭
載されている。図で鎖線Ａ−Ａから下側は回路部分で、
回路基板上に構成され、他の電気的装置と共に衛星の本
体Ｂ内に収納されている。鎖線Ａ−Ａから上側が本発明
装置の主要部で、これは衛星の本体Ｂの表面に露出して
取付けられ、この部分を囲む器壁のような物は不要であ
るが、製作上の便宜から、図のような前端が開放された
外筒Ｗ内に各部を取付け、この外筒を人工衛星本体の外
面に筒軸を人工衛星の進行方向に向けて取り付ける。図
の装置全体を前方を開放して人工衛星内に取付けてもよ
いことは云うまでもない。外筒は人工衛星本体Ｂと電気
的に導通しており、図の回路で、外筒に接続してある個
所は回路上の接地個所である。人工衛星は図で左方に進
行しているので、宇宙空間のガス分子は図で左方から上
記外筒内に飛び込んでくる。
図で左方に進行しており、図の装置がその人工衛星に搭
載されている。図で鎖線Ａ−Ａから下側は回路部分で、
回路基板上に構成され、他の電気的装置と共に衛星の本
体Ｂ内に収納されている。鎖線Ａ−Ａから上側が本発明
装置の主要部で、これは衛星の本体Ｂの表面に露出して
取付けられ、この部分を囲む器壁のような物は不要であ
るが、製作上の便宜から、図のような前端が開放された
外筒Ｗ内に各部を取付け、この外筒を人工衛星本体の外
面に筒軸を人工衛星の進行方向に向けて取り付ける。図
の装置全体を前方を開放して人工衛星内に取付けてもよ
いことは云うまでもない。外筒は人工衛星本体Ｂと電気
的に導通しており、図の回路で、外筒に接続してある個
所は回路上の接地個所である。人工衛星は図で左方に進
行しているので、宇宙空間のガス分子は図で左方から上
記外筒内に飛び込んでくる。
【０００７】図で１は中性分子イオン化部で、左方から
飛び込んできた宇宙空間ガスの分子をイオン化する。イ
オン化部は電子衝撃型である。イオン化されたガス分子
は入射時のまゝの速度を保持してイオン化部を通過す
る。イオン化部の右側、人工衛星の進行方向に対して後
方にイオンエネルギー分析部２が配置されている。イオ
ンエネルギー分析部２はグリッド電極２１とイオン検出
器２２とよりなっている。イオン検出器はイオンが入射
するイオン捕捉電極板で、入射したイオンの電荷を吸収
すると共に、入射イオンによって電極板から放出される
２字電子も回収し得るように周壁を設けたカップ状にし
てある。つまりイオン検出器２２はファラデーカップで
ある。イオン検出器２２はイオンが一個入射すると一個
のパルスを出力するから、このパルスをアンプ３を介し
てデータ処理装置４に送り、一定時間計数する。
飛び込んできた宇宙空間ガスの分子をイオン化する。イ
オン化部は電子衝撃型である。イオン化されたガス分子
は入射時のまゝの速度を保持してイオン化部を通過す
る。イオン化部の右側、人工衛星の進行方向に対して後
方にイオンエネルギー分析部２が配置されている。イオ
ンエネルギー分析部２はグリッド電極２１とイオン検出
器２２とよりなっている。イオン検出器はイオンが入射
するイオン捕捉電極板で、入射したイオンの電荷を吸収
すると共に、入射イオンによって電極板から放出される
２字電子も回収し得るように周壁を設けたカップ状にし
てある。つまりイオン検出器２２はファラデーカップで
ある。イオン検出器２２はイオンが一個入射すると一個
のパルスを出力するから、このパルスをアンプ３を介し
てデータ処理装置４に送り、一定時間計数する。
【０００８】グリッド２１は衛星本体に対して正電位に
してあり、この正電位は可変であって、データ処理装置
４によって制御されている。グリッド２１は正電位であ
るので、その電位に応じて左方から来るイオンのうち運
動のエネルギーが或るレベル以下のものはグリッド電極
２１で反射されてグリッド２１を通過できず、そのレベ
ル以上のエネルギーのイオンだけがグリッド２１を通過
してイオン検出器２２に入射できる。つまりグリッド２
１はイオンのエネルギーに関してハイパスフィルターと
なっており、グリッド２１の印加電圧を変えることで、
透過イオンのエネルギーを変えることができる。
してあり、この正電位は可変であって、データ処理装置
４によって制御されている。グリッド２１は正電位であ
るので、その電位に応じて左方から来るイオンのうち運
動のエネルギーが或るレベル以下のものはグリッド電極
２１で反射されてグリッド２１を通過できず、そのレベ
ル以上のエネルギーのイオンだけがグリッド２１を通過
してイオン検出器２２に入射できる。つまりグリッド２
１はイオンのエネルギーに関してハイパスフィルターと
なっており、グリッド２１の印加電圧を変えることで、
透過イオンのエネルギーを変えることができる。
【０００９】イオン化部１は周面と入射面と出射面とが
共にグリッドで形成されているイオン化チャンバー１１
と、このイオン化チャンバーを囲む電子リペラ電極１２
と、リペラ電極と、イオン化チャンバーとの間でイオン
化チャンバーの周囲に配置された電子放射源のフィラメ
ント１３とよりなっている。リペラ電極１２の前後面は
グリッドになっている。イオン化チャンバー１１は衛星
本体Ｂに接地されている。１４はフィラメント電源であ
り、１５はフィラメント１３をイオン化チャンバー１１
より低電位に保つための電圧源で、リペラ電極にはこれ
ら両電源の直列電圧が印加されているので、フィラメン
ト１３より更に低電位になっている。このような構成で
フィラメント１１から放出された電子は全てイオン化チ
ャンバーに向かって加速され、左方からイオン化チャン
バーに入射したガス分子に衝突してこれをイオン化させ
る。
共にグリッドで形成されているイオン化チャンバー１１
と、このイオン化チャンバーを囲む電子リペラ電極１２
と、リペラ電極と、イオン化チャンバーとの間でイオン
化チャンバーの周囲に配置された電子放射源のフィラメ
ント１３とよりなっている。リペラ電極１２の前後面は
グリッドになっている。イオン化チャンバー１１は衛星
本体Ｂに接地されている。１４はフィラメント電源であ
り、１５はフィラメント１３をイオン化チャンバー１１
より低電位に保つための電圧源で、リペラ電極にはこれ
ら両電源の直列電圧が印加されているので、フィラメン
ト１３より更に低電位になっている。このような構成で
フィラメント１１から放出された電子は全てイオン化チ
ャンバーに向かって加速され、左方からイオン化チャン
バーに入射したガス分子に衝突してこれをイオン化させ
る。
【００１０】人工衛星では図のガス分析装置の中心線Ｘ
を衛星の進行方向に正確に向けることは困難である。上
述実施例では中性分子の入射面の開口径Ｄｉからイオン
検出器の開口径Ｄｄまで分子或はイオンの通過空間の断
面積が同じでかつ中心線Ｘ方向の装置長さに対して比較
的大きい、ので分子の入射方向が中心線Ｘに対して多少
傾いてても、ガス分析が可能である。
を衛星の進行方向に正確に向けることは困難である。上
述実施例では中性分子の入射面の開口径Ｄｉからイオン
検出器の開口径Ｄｄまで分子或はイオンの通過空間の断
面積が同じでかつ中心線Ｘ方向の装置長さに対して比較
的大きい、ので分子の入射方向が中心線Ｘに対して多少
傾いてても、ガス分析が可能である。
【００１１】図２は本発明の他の実施例を示す。イオン
化チャンバー１１のイオン出射面が同チャンバーの中心
を中心とする球面で、リペラ電極１２の後面もイオン化
チャンバー１１のイオン出射面と同心の球面であり、反
射グリッド電極２１も同様にイオン化チャンバーのイオ
ン出射面と同心の球面にしてある。イオン検出器は板状
電極２２とその前面に張設され負電位にしてあるグリッ
ド２３よりなっている。この構造では図１の構造より更
にガス分析可能な方向範囲が広くなっている。
化チャンバー１１のイオン出射面が同チャンバーの中心
を中心とする球面で、リペラ電極１２の後面もイオン化
チャンバー１１のイオン出射面と同心の球面であり、反
射グリッド電極２１も同様にイオン化チャンバーのイオ
ン出射面と同心の球面にしてある。イオン検出器は板状
電極２２とその前面に張設され負電位にしてあるグリッ
ド２３よりなっている。この構造では図１の構造より更
にガス分析可能な方向範囲が広くなっている。
【００１２】図３は本発明の更に他の実施例で、イオン
検出器のファラデーカップ２２の中心を中心に装置断面
積を前方に向かって球面状に拡大させた形にしてガス分
析可能な方向範囲を拡大したものである。
検出器のファラデーカップ２２の中心を中心に装置断面
積を前方に向かって球面状に拡大させた形にしてガス分
析可能な方向範囲を拡大したものである。
【００１３】今高度５５ＯＫｍの軌道を考えると、この
場合人工衛星に対する軌道空間ガスの運動エネルギーは
4Ｈｅが１．２ｅＶ，14Ｎが４．２ｅＶ，16Ｏが４．８
ｅＶ40Ａｒが１２．０ｅＶでＮ2 ，Ｏ2 は夫々Ｎ，Ｏの
２倍の８．４，９．６ｅＶである。従ってグリッド電極
２１の電位を１２Ｖ以上の所から下げて行くと、１２Ｖ
付近で検出されるのはＡｒであり、９．６Ｖ付近になる
とＡｒとＯ2 を合わせたものが検出され、以下段々に色
々なイオンが混ざったものが検出されるから、引算演算
で各イオンを弁別計数することができる。空間ガス分子
は熱運動をしているが、そのエネルギーはは５５０Ｋｍ
付近では大体０．１ｅＶ程度であるから、上述した各分
子は充分弁別可能である。
場合人工衛星に対する軌道空間ガスの運動エネルギーは
4Ｈｅが１．２ｅＶ，14Ｎが４．２ｅＶ，16Ｏが４．８
ｅＶ40Ａｒが１２．０ｅＶでＮ2 ，Ｏ2 は夫々Ｎ，Ｏの
２倍の８．４，９．６ｅＶである。従ってグリッド電極
２１の電位を１２Ｖ以上の所から下げて行くと、１２Ｖ
付近で検出されるのはＡｒであり、９．６Ｖ付近になる
とＡｒとＯ2 を合わせたものが検出され、以下段々に色
々なイオンが混ざったものが検出されるから、引算演算
で各イオンを弁別計数することができる。空間ガス分子
は熱運動をしているが、そのエネルギーはは５５０Ｋｍ
付近では大体０．１ｅＶ程度であるから、上述した各分
子は充分弁別可能である。
【００１４】
【発明の効果】本発明装置はイオン加速手段が不要であ
り、磁場型とか四重極型の質量分析手段が不要であるか
ら構造簡単，軽量であり、電気的構成も簡単にできて信
頼性が高く、人工衛星への搭載に大へん適したものであ
る。また、本件出願人によって、人工衛星に飛び込んで
くる宇宙空間ガスをイオン化し、スリットでビーム状に
して偏向手段で偏向させる構造が提案されているが、本
発明ではスリットを用いないから、人工衛星の向きが軌
道接線方向から相当外れていても（３０°程度）測定可
能である。また衛星自体から出るアウトガスは熱運動の
エネルギーしか持っていないので、宇宙空間ガスだけを
弁別検出できる。
り、磁場型とか四重極型の質量分析手段が不要であるか
ら構造簡単，軽量であり、電気的構成も簡単にできて信
頼性が高く、人工衛星への搭載に大へん適したものであ
る。また、本件出願人によって、人工衛星に飛び込んで
くる宇宙空間ガスをイオン化し、スリットでビーム状に
して偏向手段で偏向させる構造が提案されているが、本
発明ではスリットを用いないから、人工衛星の向きが軌
道接線方向から相当外れていても（３０°程度）測定可
能である。また衛星自体から出るアウトガスは熱運動の
エネルギーしか持っていないので、宇宙空間ガスだけを
弁別検出できる。
本発明の一実施例装置の側面図
【図２】他の実施例の要部側面図
【図３】更に他の実施例の要部側面図
Ｂ 人工衛星本体 Ｗ 外筒 １ 中性分子イオン化部 ２ イオンエネルギー分析部 １１ イオン化チャンバー １２ リペラ電極 １３ フィラメント ２１ グリッド電極 ２２ イオン検出器
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年１０月１９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例装置の側面図
【図２】他の実施例の要部側面図
【図３】更に他の実施例の要部側面図
【符号の説明】 Ｂ 人工衛星本体 Ｗ 外筒 １ 中性分子イオン化部 ２ イオンエネルギー分析部 １１ イオン化チャンバー １２ リペラ電極 １３ フィラメント ２１ グリッド電極 ２２ イオン検出器
Claims (1)
- 【請求項１】 人工衛星に搭載され、人工衛星の進行方
向に向って開口している中性分子イオン化部と、同イオ
ン化部の後方に配置された反射電界型エネルギー分析器
とイオン検出器とよりなる宇宙空間ガス分析装置
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5113745A JPH06302296A (ja) | 1993-04-16 | 1993-04-16 | 宇宙空間ガス分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5113745A JPH06302296A (ja) | 1993-04-16 | 1993-04-16 | 宇宙空間ガス分析装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06302296A true JPH06302296A (ja) | 1994-10-28 |
Family
ID=14620052
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5113745A Pending JPH06302296A (ja) | 1993-04-16 | 1993-04-16 | 宇宙空間ガス分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06302296A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9679754B2 (en) | 2013-07-19 | 2017-06-13 | Smiths Detection Inc. | Mass spectrometer inlet with reduced average flow |
| US9842728B2 (en) | 2013-07-19 | 2017-12-12 | Smiths Detection | Ion transfer tube with intermittent inlet |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60240042A (ja) * | 1984-05-14 | 1985-11-28 | Fujitsu Ltd | エネルギ−分析器 |
-
1993
- 1993-04-16 JP JP5113745A patent/JPH06302296A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60240042A (ja) * | 1984-05-14 | 1985-11-28 | Fujitsu Ltd | エネルギ−分析器 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9679754B2 (en) | 2013-07-19 | 2017-06-13 | Smiths Detection Inc. | Mass spectrometer inlet with reduced average flow |
| US9842728B2 (en) | 2013-07-19 | 2017-12-12 | Smiths Detection | Ion transfer tube with intermittent inlet |
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