原子氧对航天器表面的剥蚀效应及其预报研究

文章论述了一个航天器表面原子氧通量和遭遇量预报模式的建立,并对影响航天器表面原子氧遭遇量的主要因素进行了讨论。最后用模式计算了2003～2006年间太阳同步轨道卫星表面原子氧遭遇量的情况。     

低轨航天器运行环境质子通量预测模型对比研究

辐射带粒子环境是导致航天器故障和异常的重要因素。为此,需要对辐射带粒子环境及其通量分布进行研究。文章主要研究低地球轨道（LEO）环境辐射带质子分布情况。分析了目前用来计算质子通量的几种常用模型的优缺点;利用各模型计算了不同轨道的质子通量,对计算结果进行了比较;总结了进行不同高度、不同能量范围的质子通量计算时,选择不同模型的依据原则。     

探测空间原子氧环境的锇膜电阻传感器技术研究

原子氧密度传感器可以测量原子氧的通量密度和积分通量.锇膜电阻是一种小型的、价格低廉的测量轨道原子氧束流密度的传感器,由于尺寸小、重量轻使其可以用在大部分航天器上,增加了飞行的机会.文章对北京卫星环境研究所采用电镀法及紫外线光刻和金属刻蚀微加工技术制备锇膜电阻的研究情况进行了介绍.     

低地球轨道航天器不同攻角原子氧通量密度计算模型

低地球轨道原子氧与航天器表面材料相互作用,可导致材料因氧化剥蚀而发生性能     

基于蒙特卡罗射线追踪的航天器空间环境因素暴露通量统一计算方法

航天器空间环境效应分析评估的首要条件是获取空间环境因素的暴露通量。文章分析总结了蒙特卡罗方法在原子氧、微流星体、太阳光压、气动力、辐射剂量、材料放气污染等环境因素暴露通量计算中的应用,提出基于蒙特卡罗射线追踪方法实现统一的空间环境因素暴露通量计算,并给出计算流程及初步验证。统一算法的计算结果与理论值(或文献值)符合较好,证明其能够正确计算环境因素暴露通量。     

原子氧与飞行器表面撞击的束流强度和能量

原子氧是低地球轨道飞行器经受的重要环境因素。作用到不同姿态表面的原子氧的束流强度和能量不同。文章采用热力学统计物理方法,考虑了飞行器的运动和原子氧的热运动速度,建立了原子氧与飞行器表面作用的模型;对不同攻角的原子氧束流强度和作用能量进行了分析、计算;并与美国长期空间暴露试验装置实测的结果进行了比较;分析了产生差异的原因。     

计入带电粒子入射角度对次级电子效应影响时航天飞行器的带电特性

本文采用由实验得到的带电粒子入射角度对次级电子的影响关系,根据轨道限制电流收集理论,导出了不同几何形体航天器的次级电子数通量表达式;并按局部电流平衡模型,计算了航天器背阴面的带电电位。结果表明,计入带电粒子入射角的影响后,航天器表面负电位的数值有一定减少。因此,在计算航天器表面带电时,应当考虑这种影响。     

不同地磁活动期间地球同步轨道高能电子通量分析

文章利用地球同步轨道GOES～12卫星1986-2006年约两个太阳活动周期的高能电子角通量密度数据,分析了在地磁平静期或不同程度磁暴期间高能电子通量的变化,为建立更精确的航天器内部充电动态模型奠定基础.研究结果表明:地球同步轨道高能电子通量随太阳活动周期的变化规律表现为,在太阳活动极大年通量较低,极小年反而较高;高能电子通量随季节的变化规律表现为,在冬至和夏至附近通量达到最低值,春秋分附近达到最高值;Dst指数最小时,对应的高能电子通量一般较低.     

航天器表面环境散射返回流污染数值模拟和影响因素分析

针对航天器表面出气分子形成的环境散射返回流污染问题,利用试验粒子Monte Carlo方法对圆球和圆柱体简化航天器表面环境散射返回流进行数值模拟。其中,圆球出气表面的计算结果与已有的DSMC(Direct Simulation Monte Carlo)方法计算结果一致,验证了该方法的正确性。此外,对不同长径比的圆柱表面环境散射进行了计算和分析,结果表明:来流方向垂直于圆柱对称轴时,返回分子主要分布在圆柱体侧面的迎风部位;返回通量比随来流与出气分子质量之比的增加逐渐减小,随来流与出气表面温度之比、来流分子速度比和数密度的增加而增大;不同长径比条件下返回通量比相对于上述4个参数的变化具有相似性和递变性,短粗体的返回通量比最小,长细体的最大,正常圆柱体的则居中;返回通量比相对来流攻角的变化在不同长径比条件下不再具有相似性,而是取决于有效迎风面积。     

原子氧与航天器表面辉光现象

低地球轨道上的原子氧环境效应不仅造成航天器表面材料的退降,还产生表面辉光现象。文章对辉光现象进行了描述,并介绍了它的起因、可能的机理及对航天器造成的有害影响。     

低地球轨道环境原子氧对航天器表面材料聚酰亚胺作用的数值模拟

在建立数学物理模型的基础上，对氏地球轨道环境和地面实验环境下，有无保护层的聚酰亚胺所受原子氧冲蚀作用进行了进行了成功的数值模拟，获得了具有工程应用价值的数值计算结果，并讨论了数学物理模型中各参数对基蚀曲线形状的影响。从数值模拟结果和美国太空实验结果的比较可以看出，本文数据模拟的结果是正确的。该项工作对航天器的设计具有重要指导意义。     

航天器迎风面不同位置原子氧掏蚀效应的数值模拟研究

Kapton作为基底的热控涂层被广泛应用于航天器的外表层设计中。近地轨道航天器的飞行方向与航天器表面法线之间的夹角(在本文中简称为ANI)对原子氧掏蚀效应有较大的影响。文章利用Monte Carlo方法研究了航天器迎风面(即0°≤ANI≤90°处)上ANI与掏蚀效应之间的关系。结果表明,束流和撞击能量不变时,ANI的增加会引起原子氧掏蚀空腔发生同向倾斜,空腔的深度不断减小,而宽度将急剧增加;当保护层厚度一定时,ANI的增加还会引起缺陷处入射的原子氧的反应率降低。     

航天器空间环境及效应监测数据集成化管理与处理系统

空间环境与效应监测数据集成化管理与快速处理是保证航天器在轨安全的重要依据。文章基于航天器空间环境与效应监测数据管理与处理系统的功能要求,给出了系统的组成、架构和数据处理流程。该系统集成了航天器空间环境与效应监测数据的管理、处理、综合分析、参数标定和可视化显示功能,能够实现电子、质子、总剂量、原子氧、温度、表面电位、污染等环境与效应在轨数据的瞬时参数（通量、剂量率、温度变化率、表面电位变化率、污染沉积率）和累积参数（注量、电离总剂量、温度、表面电位、总污染量）的监显,为航天器的在轨健康实时监测、风险快速预报预警提供重要支撑。     

General solution for the optimal trajectory of an AFE-type spacecraft

The aeroassisted flight experiment (AFE) refers to an experimental spacecraft to be launched and then recovered by the Space Shuttle. It simulates a transfer from a geosynchronous Earth orbit (GEO) to a low Earth orbit (LEO). In this paper, with reference to an AFE-type spacecraft, an actual GEO-to-LEO transfer is considered under the following assumptions: the GEO and LEO orbital planes are identical; both the initial and final orbits are circular; the initial phase angle is given, while the final phase angle is free. The aeroassisted orbital transfer trajectory involves three branches: a preatmospheric branch, GEO-to-entry; an atmospheric branch, entry-to-exit; a post-atmospheric branch, exit-to-LEO. The optimal trajectory is determined by minimizing the total characteristic velocity. The optimization is performed with respect to the velocity impulses at GEO, LEO, and the time history of the angle of bank during the atmospheric pass. It is assumed that the entry path inclination is free and that the angle of attack is constant, = 17.0 deg. The sequential gradient-restoration algorithm is used to compute the optimal trajectory and it is shown that the best atmospheric pass is to be performed with constant angle of bank. The resulting optimal trajectory constitutes an ideal nominal trajectory for the generation of guidance trajectories for two reasons: the fact that the low value of the characteristic velocity is accompanied by relatively low values of the peak heating rate and the peak dynamic pressure; and the simplicity of the control distribution, requiring constant angle of bank.     

航天器防护高能带电粒子的新方法

低地球轨道的原子氧化学性能非常活泼,能使金属铜氧化。XRD(X射线衍射)、XPS(X射线光电子谱)分析结果表明:原子氧作用后,铜的表面生成了氧化铜和氧化亚铜,从而使铜的导电性能、光学性能、焊接性能和结构强度下降。铜与原子氧的氧化反应与温度有关,随着反应温度的增加,反应更加容易。地面试验结果表明:生成的氧化铜或氧化亚铜在原子氧撞击作用下,从试样表面脱落,并沉积到其他试样的表面,从而对其他表面产生较为严重的污染。该研究结果可为在轨航天器污染控制提供参考。     

低地球轨道原子氧?太阳远紫外协合效应地面试验条件探讨

低地球轨道航天器表面聚合物材料受中性大气原子氧和太阳远紫外辐照的同时作用,表现出不同于单一因素分别作用的协合效应。文章在总结现有地面试验设备参数和不足的基础上,分析原子氧注量、远紫外曝辐照度随在轨时间变化的计算方法和输入数据特性,并以正立方体卫星为例计算得到典型轨道不同太阳活动环境下迎风面和非迎风面的原子氧注量和远紫外曝辐照度,以及远紫外曝辐照度/原子氧注量之比（注量比）随在轨时间的变化后,提出将该注量比参数作为有关地面试验条件制定的依据之一,以提高航天器外露材料原子氧?远紫外协合效应地面试验模拟的有效性。     

空间用长寿命自浮动电连接器原子氧侵蚀效应仿真研究

低地球轨道原子氧与航天器表面材料相互作用,可导致材料因氧化剥蚀而发生性能衰退。文章针对空间机械臂用某型长寿命自浮动电连接器,采用自主编写的计算软件,结合地面模拟试验获得的材料剥蚀率数据,对原子氧侵蚀效应进行仿真分析。仿真结果可直观显示电连接器表面各部分所受原子氧侵蚀的厚度分布。地面试验验证表明,经注量为7.83×1022 cm-2的原子氧辐照后,电连接器室温下绝缘电阻大于1×105 GΩ,满足技术要求。研究结果可为空间站用电连接器的设计和寿命预测提供参考。