新型纯引力轨道验证质量及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于空间引力探测技术领域，具体涉及一种新型纯引力轨道验证质量及其 制备方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，空间引力探测研宄发展迅速，空间引力探测在精密测量、惯性传感、激光 干涉测量、超静超稳结构等方面，对卫星平台和载荷技术提出了前所未有的指标需求，极大 地带动了相关工程技术的进步，成为国际航天技术发展的前沿领域之一。
[0003] 空间引力探测具有重大的科学意义，涉及卫星重力测量以及与广义相对论验证有 关的引力波探测、等效原理检验、短程线效应和坐标系拖曳效应验证等诸多方面。其中，卫 星重力测量极大地改善了现有重力场模型的精度和分辨率，推动了地球物理学、空间物理 学等学科的发展，特别是促成了相关学科在研宄方法和分析手段上的革命式进步。而引力 波探测、等效原理检验、短程线效应和坐标系拖曳效应验证等空间基础物理实验，以地面难 以实现的精度验证广义相对论的基本假设，极有可能引起现代物理理论的深刻变革，改变 人们对物理世界的认识。因此，空间引力探测不仅会带动航天技术的飞跃，也会促使现代物 理理论的重大发展，极具研宄价值。
[0004] 空间引力探测任务的关键在于构造出纯引力轨道，通过获取并分析纯引力轨道的 动力学特征，实现重力场测量和广义相对论验证等目的。在物理实现上，纯引力轨道通常 通过以下方式构造：在一个大的卫星腔体内部放置一个自由飞行的验证质量，其中验证质 量是高密度、高导热性、低磁化率的质量块。具有腔体的外卫星屏蔽了大气阻力、太阳光压 等外部扰动对验证质量的影响，并通过严格抑制验证质量在腔体内部受到的其他非引力干 扰，可认为验证质量仅受地球引力的作用，即：验证质量运行的轨道为纯引力轨道，验证质 量沿纯引力轨道运行，实现空间引力探测。如内编队系统由外卫星和内卫星组成，内卫星作 为验证质量，在外卫星腔体中沿纯引力轨道飞行。
[0005] 在纯引力轨道设计中，验证质量所受到的非引力干扰的抑制程度，决定了纯引力 轨道的构造水平。验证质量所受到的非引力干扰主要包括：屏蔽航天器产生的万有引力、辐 射计效应、热辐射压力以及电磁干扰等。经分析可知，电磁干扰是纯引力轨道验证质量受到 的重要非引力干扰，降低验证质量磁化率是降低其所受到的电磁干扰的主要方法。
[0006] 现有技术中，通常采用金铂合金作为验证质量的材料。例如，国际上第一个空间引 力波探测项目LISA和引力探测任务GP-B所采用的验证质量，均采用了金铂合金材料。其 中，金是抗磁性物质，铂是顺磁性物质，通过适当的合金配比实现低磁化率目标。
[0007] 然而，发明人在研宄过程中发现，采用金铂合金作为验证质量时，由于铂磁化率绝 对量约是金的6倍，这意味着金铂合金磁化率对其配比非常敏感，为使磁化率低于某一指 标，允许的金铂配比范围很小。当要求的磁化率低到一定程度时，由于配比误差的存在，满 足要求的合金配比甚至是无法实现的。因此，采用金铂合金作为验证质量材料，不利于极低 合金磁化率的实现。
[0008] 所以，如何使验证质量具有极低的磁化率，从而降低验证质量受到的电磁干扰，提 高空间纯引力轨道构造水平，是当前迫切需要解决的技术难题。
【发明内容】
[0009] 针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种新型纯引力轨道验证质量及其制备方 法，可有效解决上述问题。
[0010] 本发明采用的技术方案如下：
[0011] 本发明提供一种新型纯引力轨道验证质量，所述新型纯引力轨道验证质量为金铱 合金。
[0012] 优选的，对于所述金铱合金，将金占金铱合金的体积比记为vAu;对于金铂合金，将 金占金铂合金的体积比记为v' Au;则当vAu和V' ^在配比精度内为同样的配比时，金铱合金 的磁化率为金铂合金的磁化率的24. 85%。
[0013] 优选的，在满足相同磁化率指标要求时，所述金铱合金中金允许的配比范围是金 铂合金中金允许的配比范围的3~4倍。
[0014] 本发明还提供一种新型纯引力轨道验证质量的制备方法，包括以下步骤：
[0015] 步骤1，确定需要作为纯引力轨道验证质量的金铱合金的体积磁化率指标要求 X req，Au-Ir ' 单位为1 ;
[0016] 步骤2,利用下式计算金铱合金中金体积百分比的下限vAu，1otot:
[0018] 其中，xMq，Au_&是所确定的金铱合金体积磁化率指标，单位为1 ; x _是金的比磁 化率，单位为cm3/g ; x ^^是铱的比磁化率，单位为cm 3/g ; p Au是金的密度，单位为g/cm 3; P It?是铱的密度，单位为g/cm3;
[0019] 步骤3,利用下式计算金铱合金中金体积百分比的上限vAu，uppot:
[0021] 步骤4,确定金铱合金中金和铱的体积百分比可选范围，即：金铱合金中金体积 百分比v Au的可取范围为vAu，lOTOT< vAu< vAu，uppOT，金铱合金中铱体积百分比的可取范围为 1_vAu；
[0022] 步骤5,按照步骤4所确定的金和铱的体积百分比可选范围，制备得到最终的金铱 合金。
[0023] 本发明提供的新型纯引力轨道验证质量及其制备方法具有以下优点：
[0024] 采用金铱合金作为纯引力轨道验证质量的材料，与目前国际引力探测任务通常所 采用的金铂合金相比，一方面，在相同的配比精度下可以实现更低的合金磁化率，即：在相 同的配比精度下，金铱合金的磁化率为金铂合金的磁化率的24. 85%，从而有利于提高纯引 力轨道构造水平和空间引力探测能力；另一方面，在满足相同磁化率指标要求时，金铱合金 中金允许的配比范围是金钼合金中金允许的配比范围的3~4倍，也就是说，金铱合金磁化 率对其配比并不敏感，当磁化率低于某一指标时，允许的金铱配比范围较大，从而方便制备 得到满足磁化率指标要求的金铱合金。
【附图说明】
[0025] 图1为金铂合金的体积磁化率曲线图；
[0026] 图2为为金铱合金的体积磁化率曲线图。
【具体实施方式】
[0027] 以下结合附图对本发明进行详细说明：
[0028] 本发明提供一种新型纯引力轨道验证质量及其制备方法，采用金铱合金作为纯引 力轨道验证质量的材料，从而大大降低对合金的配比精度要求，有利于实现极低的合金磁 化率，降低验证质量受到的电磁干扰，提高空间纯引力轨道构造水平。
[0029] 发明人的研宄过程为：
[0030]目前，在国际空间引力探测任务中，降低验证质量磁化率的通用措施是采用金铂 合金材料，这是因为金是抗磁性物质，铂是顺磁性物质，这两种材料按照一定的比例混合， 可以使金铂合金的磁化率接近0。由于金和铂的磁化率绝对值相差较大，为达到较低的合金 磁化率，允许的金铂配比范围较小。而本发明人在研宄过程中发现，铱也是顺磁性物质，并 且和金的磁化率绝对值非常接近，意味着金铱的配比范围较宽，易于实现更低的合金磁化 率。另外，金、铂、铱的物性参数如表1所示，从表1可以看出，金铱合金同样满足重力卫星 任务对验证质量的高密度、高导热率要求。
[0031] 表1金、铂、铱的物性参数
[0033] 根据定义可知，体积为V的物体在磁场强度H作用下产生的诱导磁矩M为
[0034] M =x0VHP(1)
[0035] 其中，P为物体密度，X。是比磁化率，即单位质量的物体在单位磁场强度作用下 的磁化强度，单位为m 3/kg。
[0036] 根据定义可知，金铂合金的比磁化率xaall()y为
[0038] 金铂合金的体积磁化率xAu_pt(单位为1)为
[0040] 同理，得到金铱合金的体积磁化率XAu+(单位为1)为
[0042] 其中，下标