地面超高速模擬實(shí)驗(yàn)是研究微小空間碎片撞擊效應(yīng)經(jīng)濟(jì)有效的手段,其中等離子體加速器為微米量級(jí)碎片的主要地面模擬設(shè)備。

本文研制了在等離子體驅(qū)動(dòng)微小碎片加速器系統(tǒng)并應(yīng)用于高速飛行微粒速度測量的激光測速系統(tǒng)。該激光測速系統(tǒng)工作原理是,利用主動(dòng)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(dá)光墻的時(shí)間,利用飛行時(shí)間法進(jìn)行高速微粒速度測量。

在激光測速系統(tǒng)原理測試實(shí)驗(yàn)中,采用信號(hào)響應(yīng)上升時(shí)間小于10ns,電子渡越時(shí)間小于20ns的高靈敏、快響應(yīng)的光電倍增管,原理試驗(yàn)測得該探測系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間僅為約70ns。

該響應(yīng)時(shí)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(shí)間,并驗(yàn)證了該系統(tǒng)靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間快的特點(diǎn),可以滿足超高速微粒(8～20km/s)通過3～5mm激光墻的時(shí)間閾值(約0.1μs)的需求。

目前,激光測速系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于等離子體加速器發(fā)射超高速微粒的試驗(yàn)中,能有效測量等離子體加速器所發(fā)射的高速微粒的群速度,對(duì)15km/s及以上速度的超高速顆粒亦能捕捉到有效信號(hào),實(shí)現(xiàn)對(duì)微粒速度的測量,達(dá)到了良好的預(yù)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(yàn)中,激光測速系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)無損在線速度測量,對(duì)等離子體加速器上開展的超高速撞擊試驗(yàn)提供了重要幫助。