一种检测小行星物质组成的方法和装置与流程

1.本发明涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种检测小行星物质组成的方法和装置。


背景技术：

2.近年来，对太阳系小行星的探测日益成为空间科学领域的热门议题，这不仅可以带来丰富的科学产出，丰富人类对小行星乃至太阳系的认识，同时对带动人类对太空资源的利用有现实意义。小行星上有丰富的太空矿产资源，未来目标打开如铂、钯等贵金属以及其他地球上稀有的资源，深刻影响人类工业文明的进程。
3.目前科学家推测小行星的物质成分常用的方法有通过分析陨石碎片和小行星表面光谱学分析两种方法，但这属于间接方法，数据存在不同的解释，因而存在一定误差，例如红外卫星定小行星组分的方法，受限于相机口径和分辨率以及观测波段，对小行星的组成成分难以精确确定，只有发射深空探测器，通过采样，才能准确测定它们的物质成分，确认小行星上是否含有高价值矿产，而中子活化分析(naa)技术则是一种直接精确的手段，中子活化分析是利用核反应过程确定物质材料中元素浓度的鉴别分析方法，具有精度高的特点，但是中子活化分析高精度的探测性能依赖于高精度的伽马探测器，常见的高纯锗探测器(hpge)需要在液氮温度(77k)下运行，且体积庞大，且现有的技术通常通过光谱特征、密度等数据推测小行星的物质成分，但这些数据存在不同的解释，因而存在一定误差，导致数据不够靠谱，故而亟待提出相应的检测小行星物质组成的方法和装置来解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决上述问题，而提出的一种检测小行星物质组成的方法和装置。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种检测小行星物质组成的方法，包括有卫星、小行星主体、碘化锶晶体探测器碘化锶晶体主体、伽马能谱与地面控制中心，所述方法包括以下步骤：
7.步骤一、高亮度的碘化锶晶体探测器作为载荷搭载在执行小行星主体任务的卫星上；
8.步骤二、到达指定轨道后，跟随小行星着陆器着陆与小行星主体表面；
9.步骤三、碘化锶晶体探测器接受小行星主体物质被活化的核素释放的伽马射线的辐照，伽马射线通过碘化锶晶体主体的伽马射线入射窗晶体并在晶体内沉积能量，碘化锶晶体主体发光，被光电转换器件转换为电信号，通过模数转换器得到数字化的伽马能谱；
10.步骤四、数字化的伽马能谱利用着陆器上的通讯模块，将能谱下发到地面控制中心；
11.步骤五、在地面控制中心完成中子活化核素的特征伽马辐射能谱标定，对比伽马能谱数据库，分析该小行星点位的核素组成；
12.步骤六、联合多个小行星点位的核素组成结果，反演得到小行星天体中核素的三维分布。
13.作为上述技术方案的进一步描述：
14.所述碘化锶晶体主体外观为圆柱，直径为25.4mm，高度为25.4mm。
15.作为上述技术方案的进一步描述：
16.所述碘化锶晶体主体的伽马射线入射窗为铝窗，且所述碘化锶晶体主体的封装使用0.5mm厚的铝壳。
17.作为上述技术方案的进一步描述：
18.所述碘化锶晶体主体与光电器件之间的耦合采用的是空气，且采用的耦合光电器件光电倍增管。
19.作为上述技术方案的进一步描述：
20.所述步骤六中，通过地面控制中心分析算法单元给出核素种类及其含量，且所述分析算法单元包括特征伽马谱的提取和特征伽马图谱匹配。
21.作为上述技术方案的进一步描述：
22.包括有碘化锶晶体、石英窗、封装铝壳、耦合剂、耦合光电器件与模数转换器。
23.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
24.本发明中，通过原位组分分析方法，避免了采样返回式组分分析的高成本操作，通过碘化锶晶体在小行星表面的就地分析，将测量到的伽马能谱远传下发到地面，完成核素成分与含量分析，填补了实时原位小行星组成成分分析技术的空白，不需要使用返回采样实验室分析的方法，极大地节约了时间和经济成本。
附图说明
25.图1为基于碘化锶晶体研究小行星物质组成的方法的系统架构示意图。
26.图例说明：
27.1、卫星；2、小行星主体；3、碘化锶晶体探测器；4、碘化锶晶体主体；5、伽马能谱；6、地面控制中心。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
29.实施例一：
30.请参阅图1，一种检测小行星物质组成的方法，包括有卫星1、小行星主体2、碘化锶晶体探测器3、碘化锶晶体主体4、伽马能谱5与地面控制中心6，方法包括以下步骤：
31.步骤一、高亮度的碘化锶晶体探测器3作为载荷搭载在执行小行星主体2任务的卫星1上；
32.步骤二、到达指定轨道后，跟随小行星着陆器着陆与小行星主体2表面；
33.步骤三、碘化锶晶体探测器3接受小行星主体2物质被活化的核素释放的伽马射线
的辐照，伽马射线通过碘化锶晶体主体4的伽马射线入射窗晶体并在晶体内沉积能量，碘化锶晶体主体4发光，被光电转换器件转换为电信号，通过模数转换器得到数字化的伽马能谱5，碘化锶晶体主体4外观为圆柱，直径为25.4mm，高度为25.4mm，，碘化锶晶体主体4的伽马射线入射窗为铝窗，且碘化锶晶体主体4的封装使用0.5mm厚的铝壳，碘化锶晶体主体4与光电器件之间的耦合采用的是空气，且采用的耦合光电器件光电倍增管；
34.步骤四、数字化的伽马能谱5利用着陆器上的通讯模块，将能谱下发到地面控制中心6；
35.步骤五、在地面控制中心6完成中子活化核素的特征伽马辐射能谱标定，对比伽马能谱数据库，分析该小行星点位的核素组成；
36.步骤六、通过地面控制中心6分析算法单元给出核素种类及其含量，且分析算法单元包括特征伽马谱的提取和特征伽马图谱匹配，联合多个小行星点位的核素组成结果，反演得到小行星天体中核素的三。
37.一种检测小行星物质组成的装置，包括有碘化锶晶体、石英窗、封装铝壳、耦合剂、耦合光电器件与模数转换器组成，原初宇宙线与物质发生核反应产生中子，通过原初宇宙线质子流强及能谱模型以及宇宙线与物质相互作用的中子产额，来得到次级中子流强，宇宙线次级中子与小行星表面物质相互作用，被活化，从发产生伽马光子，其中，原初宇宙线质子与物质相互作用的反应式如下：
38.p a
→
n x
39.n a
→
a-→
γ x
40.其中第一个反应式表示宇宙线质子与核反应产生中子的过程，第二个过程表示中子与核反应产生伽马光子的过程。
41.碘化锶晶体探测器3部分包括碘化锶晶体主体4、数据采集电路，电路采集系统通过多道分析仪或者高速采样电路，给出高分辨率的伽马能谱，进行在线预判，如果在线预判给出包含目标核素的预警，则将能谱下发到地面，由地面软件中心进行能谱清洗，给出核素精确含量，为小行星资源开发决策提供重要依据,。
42.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。