宇宙線高能粒子對測試質量充電機制*

韓瑞龍 蔡明輝? 楊濤 許亮亮 夏清 韓建偉

1) (中國科學院國家空間科學中心,北京 100190)

2) (中國科學院大學天文與空間科學學院,北京 100049)

測試質量是空間引力波測量的核心傳感器,宇宙線高能粒子能夠穿透航天器屏蔽對其造成電荷注入,進而產生庫侖力和洛倫茲力噪聲對引力波科學探測造成嚴重影響.本文采用蒙特卡洛仿真方法,探究了不同宇宙線高能粒子對測試質量的充電過程和機制.研究結果表明,在同一能譜下隨著截止能量的降低充電速率逐步增大,充電速率變化約為9%;太陽活動極小年時測試質量的充電速率為39.5 +e/s,其中貢獻最大的質子占比約為83.16%,太陽活動極大年時測試質量的充電速率約為12.5 +e/s,1989 年最惡劣的太陽高能粒子事件造成測試質量的充電速率約為120700 +e/s;在太陽活動極小年時,銀河宇宙線各成分的充電速率取決于各成分的初級粒子在測試質量中的沉積,其中初級粒子貢獻占測試質量總充電速率的73%;太陽活動極小年時,質子的充電貢獻主要來自能量為0.1—1 GeV 的區間,占比約為65%.研究結果可用于評估測試質量在軌充電規律,為電荷管理的設計和在軌工作提供依據.

1 引言

引力波是愛因斯坦廣義相對論中非常重要的一個預言,探測空間引力波不僅是對愛因斯坦廣義相對論直接精確的檢驗,也對物理學和天文學等基礎學科未來的發展有著十分重大的作用和意義[1,2].實現空間引力波探測的核心設備是測試質量,測試質……