原子氧环境及其试验研究

原子氧对低地球轨道(LEO)卫星表面的剥蚀已为众多的飞行试验所证实,它对热控涂层、光学表面的损伤是明显的.随着LEO卫星性能的提高和工作寿命的增长,应把原子氧对材料的剥蚀试验作为LEO卫星表面用材料的筛选试验,推荐原子氧对材料的剥蚀试验条件为 1.0×1020～3.0×1020个/cm2.试验设备应配有紫外,二者协合能更好地模拟轨道上的效应.开展LEO卫星上的搭载飞行试验,确定原子氧环境对材料的影响,逐步建立起原子氧效应数据库,对加速载人航天和空间站技术的发展是必要的.     

一种空间用抗原子氧复合膜β布的原子氧、温度、紫外辐射效应的试验研究

在原子氧剥蚀效应地面模拟设备中对一种抗原子氧复合材料β布进行了原子氧剥蚀效应试验、试样湿度升高对原子氧效应的影响试验以原子氧与紫外辐射复合效应试验研究，对试验前后β布试样的质量及表面形貌进行了比较，得出了在材料在设备中的反应特点以及温度变化、紫外辐射对材料的原子氧效应的影响规律。另外对这种材料与原子氧的反应机理进行了分析，得出了一些有意义的结论。     

硅有机物提高航天器树脂材料抗原子氧剥蚀性能

为了提高航天器树脂材料的抗原子氧剥蚀的性能，把氨丙基三乙氧基硅烷加入到环氧树脂中，并对所制成的环氧树脂试样进行原子氧效应地面模拟试验。对试验前后试样的质量损失，表面形貌、表面成分和结构的变化进行了对比和分析。结果表明，添加有机硅烷可以有效地提高环氧树脂的抗原子氧剥蚀性能，试样的质量损失和剥蚀率明显下降。60小时实验之后，添加11.8%有机硅烷材料的剥蚀率约为纯环氧树脂的34%。     

LEO原子氧剥蚀太阳电池阵Ag互连材料的试验研究

暴露在低地球轨道(LEO)上的太阳电池阵,会与大量具有极强氧化性的原子氧发生碰撞,导致太阳电池阵中对氧原子敏感的Ag互连材料受到剥蚀。文章依据原子氧剥蚀Ag材料的机理,选取了约400 km高度轨道上1年时间内原子氧的累积通量作为最高剂量,进行了原子氧剥蚀不同厚度Ag互连材料的地面模拟环境试验。试验表明:Ag在原子氧作用下在宏观上会经历"氧化—剥落"的循环剥蚀过程。根据反应方程简化推导了Ag互连片的剥蚀厚度公式,同时结合试验结果计算出了不同厚度Ag互连材料的厚度损失率。该研究成果可为LEO太阳电池阵原子氧防护设计提供技术支持。     

一种原位测量轨道原子氧效应的电阻型传感器

为了发展原子氧环境及其效应飞行实验技术,获得在轨飞行实验数据,北京卫星环境工程研究所研制了一种小型、低成本的原子氧环境及其效应探测器。这种探测器的传感器采用对原子氧敏感的导电材料制备电阻膜。电阻膜在飞行试验中遭遇到原子氧剥蚀。在轨道飞行实验中,通过原位监测受原子氧剥蚀传感器电阻值的变化,可以探测原子氧环境通量密度及被试验样品的原子氧剥蚀率。目前,采用电镀法及紫外线光刻和金属刻蚀微加工技术,已经成功制备了原子氧通量密度锇膜电阻传感器。它可以测量原子氧的通量密度和积分通量,在400～500 km的轨道高度工作寿命约为1年。原子氧效应探测器是在石英玻璃基底上淀积银膜,试验材料膜涂覆在银膜上。试验材料膜在轨与原子氧反应而变得越来越薄,当其被完全剥蚀后,暴露出来的银膜迅速被氧化,并且电阻变大。试验材料膜的剥蚀时间可以确定,试验材料的原子氧剥蚀率就可以计算出来。     

玻璃纤维复合材料的原子氧剥蚀效应试验研究

对两种玻璃纤维复合材料开展了原子氧效应的地面模拟试验研究。总结了试验前后试样质量及表面形貌的变化规律，计算得到了材料的剥蚀率。试验结果表明，随着原子氧累积通量的增大，玻璃纤维复合材料的质量和体积损失减慢。经分析认为，在原子氧与复合材料的作用过程中，树脂优先被剥蚀，而将纤维暴露在外，由于玻璃纤维对底层树脂基体的遮挡作用，导致在原子氧效应试验后期，玻璃纤维复合材料的剥蚀速度减缓。     

原子氧对紫外光固化有机硅环氧树脂的作用

通过对光固化有机硅环氧树脂进行地面模拟原子氧效应试验,利用扫描电镜（SEM）和X射线 光电子能谱（XPS）等分析了试验前后试样的质量损失、表面形貌和表面成分等的变化。研 究结果表明,有机硅环氧树脂经紫外光固化后,试样表面被部分氧化,硅氧主链结构中的－ R（甲基或苯基）侧基被不完全氧化成含O的基团结构。在7.43×10 15 atoms／
cm 2·s通量的原子氧暴露8h试验后,试样表面形成一层氧化硅（SiOx）膜,膜 中含65％的SiO2,有助于防止原子氧对材料的进一步侵蚀。     

碳/氰酸酯复合材料原子氧效应试验研究

选取具有良好应用前景的M40/DFA-1、M40/DFA-N3(添加TiO2纳米颗粒)碳纤维增强氰酸酯基复合材料为研究对象,开展航天器在轨原子氧环境地面模拟试验,通过表面/断口形貌观察、质量损失测试、层间剪切强度测试以及表面成分分析等方式,分析探讨了上述2种碳/氰酸酯基复合材料的原子氧损伤效应。结果表明,在原子氧的作用下,2种材料表面树脂均受到了一定程度的剥蚀,添加纳米颗粒的M40/DFA-N3质损率及原子氧剥蚀率相对更高,但层间剪切强度下降幅度相对较小,这可能是由于其氧化反应更加剧烈,生成的碳氧双键比例更高的结果。     

三硅醇苯基POSS复合聚酰亚胺薄膜的制备与抗原子氧侵蚀性能研究

低地球轨道上运行的航天器表面材料尤其是聚合物材料极易受到原子氧侵蚀。以三硅醇苯基笼型聚倍半硅氧烷（TSP-POSS）为填料,以PMDA-ODA型聚酰亚胺（PI）为基体,通过机械共混法制备一系列复合薄膜,系统研究TSP-POSS的引入对复合薄膜耐热性能、光学性能以及抗原子氧侵蚀性能的影响。结果表明:TSP-POSS与PMDA-ODA型聚酰胺酸（PAA）具有良好的相容性,复合溶液均匀,储存稳定性优良;PAA/TSP-POSS复合溶液热酰亚胺化后形成的PI/TSP-POSS复合薄膜在TSP-POSS含量（质量分数）低于25%时可保持良好的均匀性;TSP-POSS的加入可在一定程度上提高复合薄膜的光学透明性,且对复合薄膜耐热性能的影响较小;引入TSP-POSS可以显著提高PMDA-ODA薄膜的抗原子氧性能,经受累积注量达4.02×1020 atoms/cm2的原子氧侵蚀后,TSP-POSS含量为25%的复合薄膜的原子氧剥蚀率为2.2×10-25 cm3/atom,仅为不含TSP-POSS薄膜的7.33%。     

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     

空间原子氧环境对太阳电池阵的影响分析

空间原子氧是危害低地球轨道（LEO）航天器在轨性能的最主要空间环境因素之一,其强氧化性能够对包括太阳电池阵在内的航天器外表面暴露材料和组件造成危害。文章分析了某载人航天器在轨原子氧环境、原子氧对不同结构太阳电池阵所用材料的影响以及对太阳电池阵组件电性能的影响,结果表明原子氧对材料的作用能够引起太阳电池阵基板强度降低、电连接可靠性下降及电缆线护套失效等风险,材料的损伤会导致太阳电池组件电性能的下降。鉴于以上结果,作者建议在今后LEO长寿命航天器太阳电池阵研制中,应对原子氧环境条件进行详细设计;同时开展组件级试验,以对电池阵原子氧防护设计的有效性进行验证。     

样品温度对原子氧环境下ITO/Kapton/Al涂层性能变化的影响

文章利用原子氧环境地面模拟设备对航天器用材料ITO/Kapton/Al开展了原子氧环境试验研究。研究中选择的原子氧积分通量为9.1×1019 atoms/cm2,试验真空度为10-2 Pa量级,样品温度分别选取为25℃、70℃、100℃、120℃和150℃,研究样品温度对原子氧环境模拟试验可能造成的影响。试验后利用高精度微量电子天平对样品进行了质量损失测试并计算了材料的反应率,利用TEMP 2000A便携热发射率测试仪和LPSR 300便携光谱太阳吸收率测试仪分别对样品的发射率和太阳吸收比进行了测试。通过试验及分析发现:ITO膜对基底材料的保护较好,材料在试验后质量损失较少,原子氧反应率较低;样品温度的变化对ITO/Kapton/Al材料的质量损失影响较小,但对材料的热物理性质影响较大。     

空间原子氧对低地球轨道航天器用粘结剂的腐蚀效应影响

原子氧是低地球轨道(leo)-种重要的空间环境因素,地面模拟试验是用于开展leo航天器备选材料原子氧环境评价的主要手段.利用北京卫星环境研究所的原子氧设备,对牌号为e-32的环氧树脂和牌号为gs414的硅橡胶两种粘结剂进行了评价试验.依据轨道参数与航天器两年的设计寿命,选定试验中原子氧的等效积分通量为1.4×1021atom/cm2.试验结果表明,环氧树脂样品出现了较大的质量损失,而硅橡胶样品的质量损失则相对较小.根据质量损失计算环氧树脂样品的原子氧反应率处于3.2×10-24～3.8×10-24cm3/atom之间.试验后的环氧树脂样品表面颜色变浅,硅橡胶样品的表面则呈现了玻璃化.对两种材料都进行了表面形貌分析,试验前后测试结果的对比分析表明原子氧的氧化作用使材料表面发生了较大的变化. abstract： atomic oxygen (ao) is prevalent in low earth orbit (leo). ground-based testing on ao exposure was performed to investigate the effects of atomic oxygen on materials to be used in leo spacecraft. two types of adhesive materials, e-32 epoxy and gs414 silicone, were tested in the atomic oxygen testing facility at beijing institute of spacecraft environment engineering (bisee). the equivalent atomic oxygen fluence in test was approximately 1.4×1021 atom/cm2 as determined based on two years' exposure on leo. significant mass losses of the epoxy adhesive samples were observed after the exposure to atomic oxygen, but relatively small mass changes were found in the silicone samples. the erosion yields of epoxy samples range from 3.2×10-24 cm3/atom to 3.8×10-24 cm3/atom. bleaching by atomic oxygen was found in the epoxy samples. the surface on the silicone sample was glossed after ao exposure. the external appearance of both kinds of materials was analyzed using scanning electron microscope (sem) and x-ray photoelectron spectroscopy (xps). a comparison between unexposed and exposed samples shows noticeable changes on the s     

空间原子氧环境对常用热控涂层的影响

空间原子氧（AO）是影响低地球轨道（LEO）航天器在轨性能的主要空间环境因素之一,其强氧化性能够对热控涂层和组件造成危害。文章分析了空间AO及相关综合环境对白漆、黑漆、有色有机漆、薄膜、织物、二次表面镜等各类常用热控涂层在LEO长期使用时可能引起的环境效应和危害,提出了相关使用建议,以期为今后我国以空间站为代表的LEO长寿命航天器论证及研制提供技术参考。     

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。     

电连接器接点焊接工艺研究

针对航天产品电连接器接点焊点与引线断裂失效问题,分析了焊接过程中助焊剂、焊料、焊接工具和防护套等对接点焊接质量的影响。结合实践经验,提出相关工作参数和材料的选取原则,确定了生产中焊接技术的质量控制点。     

原子氧环境下磁力矩器用聚合物材料的质损和红外光谱分析

文章利用新型的原子氧环境模拟设备进行真空和原子氧试验,通过质量损失测量和FT-IR分析,对试样的质量损失率(SAML)和表面成分的变化进行了研究。试验结果表明:真空环境会导致材料产生质量损失,4种材料中真空质损最大相差24倍;原子氧作用导致聚合物材料产生质量损失,4种材料中质量损失率最大相差25倍;原子氧与有机硅物质反应能够形成保护层,可以抑制原子氧对材料内部的进一步侵蚀。FT-IR分析结果表明,原子氧作用导致环氧材料的-N消失,O元素百分比含量升高,硅橡胶的化学键被破坏,并导致新的O-H和C-H的生成。