空间带电粒子辐照效应的地面加速试验研究

空间带电粒子辐照下空间材料的损伤与失效是空间材料学研究的重要组成内容,地面模拟加速试验是研究材料辐照损伤效应的重要方法和技术途径。文章阐述了地面辐照加速试验的方法及相关概念,以光学石英玻璃为例验证辐照加速试验与模拟等效区间的概念,为当前研究材料在空间带电粒子辐照环境条件下的行为与航天器设计、选材提供科学依据。     

光学材料带电粒子辐照效应等效模拟试验方法研究

文章研究了空间带电粒子对光学材料辐照效应的等效模拟试验方法.在辐照试验研究基础上,针对光学材料分析了空间带电粒子辐照试验中辐照源选择、能谱效应,综合与顺次辐照效应和加速试验等几个关键问题,并根据空间带电粒子对光学材料的损伤特点,提出了模拟材料内部吸收荆量分布的等效试验方法.     

空间电子辐照下星用热缩套管力学性能退化试验研究

为掌握星用热缩套管的力学性能在空间带电粒子辐射环境中的退化情况,分别利用1 Me V高能电子和45 ke V低能电子模拟地球同步轨道带电粒子辐射环境,研究热缩套管在这2种不同能量电子辐照下断裂伸长率和抗拉强度性能退化情况。试验结果表明,辐照后热缩套管颜色由透明变为黄色,力学性能均出现显著退化现象,且高能电子辐照后退化较低能电子辐照后更为严重。文章通过能量沉积分析、辐解气体分析、表面形貌分析和X射线光电子能谱分析等多种手段,对试验结果做出了合理解释。本研究对开展结构材料力学性能退化地面模拟试验中的能量粒子选择有指导意义。     

S781白漆电子辐照后光学性能退化的恢复与保护

为了深入认识和抑制航天器材料空间辐照损伤在地面环境中的恢复,在模拟的空间环境下对S781白漆进行了90keV电子辐照试验。研究了电子辐照后,试样分别在真空环境下、真空室注入空气后和空气中储存几小时后辐照诱发的光谱反射系数和太阳吸收比的变化。结果表明,S781白漆光学性能退化的恢复主要发生于与空气接触的数分钟内。此外,液氮环境对S781白漆的电子辐照损伤和光学性能退化具有保护作用。液氮的保护机制不仅在于它抑制了氧在材料表面的化学吸附,还在于它对辐照诱发缺陷的冻析效应。     

空间带电粒子辐照与预应力耦合作用对功能形面薄膜结构性能影响研究

空间大尺度薄膜航天器是航天技术发展的重要方向,采用折叠展开的大面积功能形面结构是此类航天器的基本特征,为满足热控、通信、聚光、成像与能量传输等功能,结构需要通过预应力来维持形面,保证较高的形面精度和结构基频,但预应力加载对带电粒子辐照下薄膜材料性能退化存在促进作用.文章通过对薄膜材料在不同预应力工况和空间环境耦合作用下的损伤行为以及退化规律开展试验研究,建立与预应力状态、辐照注量相关的材料性能退化规律,量化研究了预应力对空间辐射环境下功能形面薄膜结构性能影响.随着薄膜力学性能的退化,形面结构基频随之有微弱的降低,且对薄膜结构平面度造成一定影响.     

热控涂层GEO带电粒子辐射效应加速试验方法

文章研究热控涂层GEO带电粒子辐射效应加速试验的参数确定方法。根据轨道带电粒子辐射环境的特点,以效应等效为原则,建立了利用单一能量带电粒子产生的辐射效应模拟轨道带电粒子辐射效应时的等效注量率计算方法,称之为等效能谱模拟技术;并建立了利用高注量率来提高加速试验效率的加速因子计算方法,称之为加速试验的加速因子确定技术。利用这两项技术,研究设计了防静电Kapton二次表面镜GEO电子辐射效应模拟试验的参数。     

热缩套管绝缘性能辐照效应研究

文章研究热缩套管的体电阻率和击穿电场强度在空间带电粒子辐照环境中的退化情况。分别利用γ射线和低能电子模拟低地球轨道带电粒子辐照环境,研究热缩套管辐照前后性能变化情况。试验结果表明,热缩套管的击穿电场强度在辐照后变化不明显,而体电阻率有不同程度的变化,电子辐照后热缩套管的体电阻率退化比γ射线辐照后的更为严重。     

40 keV质子辐照对HfO2/SiO2高反射薄膜激光损伤性能影响试验研究

在低地球轨道，低能质子辐照是造成空间光学元器件损坏的重要因素之一。激光高反射薄膜是空间激光系统中激光产生和输出部件的重要组成部分，其激光损伤性能变化直接影响激光系统的稳定性。文章采用地面空间环境模拟装置模拟低能（40 keV）质子单独作用效果，通过定点原位测量技术和光热吸收测试获得薄膜的光谱透射率、表面形貌和光热吸收特性，采用激光损伤阈值测量方法表征微小初始破坏的激光损伤阈值及损伤形貌；结合SRIM程序模拟计算粒子在材料中输运的具体过程，定量分析过程中的能量损失情况。试验结果表明，40 keV质子辐照会造成HfO₂/SiO₂三波段高反膜的激光损伤阈值明显降低。     

航天材料紫外辐射效应地面模拟试验方法

空间紫外辐射环境可造成航天器材料的光学性能、电学性能或力学性能退化甚至失效。在地面模拟试验过程中较难真实模拟空间紫外辐射环境,因此,通常采用基于效应等效原理的加速模拟试验方法。文章首先对国内外紫外辐射效应试验方法和标准现状进行梳理,进而从紫外曝辐量的计算方法、紫外波长的选择、模拟光源选用、温度选择与控制以及总曝辐量和加速因子的选择等角度对紫外辐射效应地面模拟试验方法进行分析研究,并给出应进一步开展工作的建议。     

等离子体鞘层加速模拟质子辐照连续谱 数值仿真研究

质子辐照是导致空间飞行器热控涂层性能衰退的重要原因。目前地面多采用单一能量的粒子替代空间能量连续分布的粒子来开展质子辐照模拟试验。文章提出了在一个脉冲宽度内获得连续能量质子谱的方法,即脉冲偏压等离子体鞘层加速方法。文章利用细胞粒子（particle-in-cell,PIC）模型对在3种脉冲偏压三角波作用下等离子体鞘层加速质子以获得连续能量质子谱的动力学过程进行了数值仿真研究,分析了3种脉冲三角波形对鞘层扩展、离子加速及能量分布的影响。结果表明,电势空间分布和离子运动状态紧密联系,鞘层内离子密度变化受到脉冲波形和离子热扩散运动的综合影响,通过调整脉冲偏压三角波形,能够获得不同的能量-剂量分布,从而为下一步工作打下基础。     

空间电子、质子和紫外综合辐照模拟试验研究

文章介绍了地面模拟地球同步轨道15年电子、质子和紫外环境的综合辐照模拟试验技术,为长寿命卫星热设计及热控涂层选型提供可靠依据。试验采用空间低能综合环境试验设备、太阳吸收率原位测试系统,针对卫星各种表面材料如S781白漆、SR107-ZK白漆、F46镀银和OSR二次表面镜等进行了空间低能综合辐照试验,与已有的飞行试验数据进行对比研究,结果表明：本次试验能够较准确地反映航天器在轨道上材料的退化现象。     

空间CCD图像传感器辐射损伤评估方法

CCD图像传感器作为高灵敏度光电集成部件,易受空间辐射的影响而发生性能退化和工作异常。开展其辐射效应评价研究并制定相应的防护对策,是保证其在空间可靠应用的前提。文章通过地面模拟试验和辐射屏蔽计算,对空间用CCD图像传感器电离辐射损伤与位移损伤效应开展评估方法研究,为CCD抗辐射加固设计与地面评估试验提供参考。该方法也可用于其他光电器件和材料辐射效应评价。     

我国航天器带电技术研究进展

航天器与空间带电粒子环境相互作用引起的带电现象是其在轨发生故障和异常的重要因素。近年来,随着航天器性能的提升和技术发展,航天器带电技术研究的范围也大大扩展。文章简要回顾了我国航天器带电技术发展的历史,并从理论研究、地面模拟试验、数值模拟和带电防护等方面介绍国内航天器带电技术研究的进展。     

极轨航天器多层外表面充放电效应试验研究

利用空间带电粒子辐照试验台进行了太阳同步轨道航天器多层组件表面充放电试验,研究了常规与导电型(带ITO镀层)两种Kapton/Al薄膜在受到带电粒子辐照后的充放电情况和外观变化情况。试验结果表明,对于在近极地轨道运行的航天器,带ITO镀层的导电型Kapton/Al薄膜能够有效释放电荷、降低多层组件外表面对航天器地的电位差,本身不会形成放电损伤,比常规Kapton/Al薄膜更适合作为航天器多层外表面热控涂层。     

空间电子辐照介质材料带电效应研究进展

针对空间电子辐照对介质材料所产生的带电效应对在轨航天器的服役性能带来了巨大威胁，为深入理解和探究空间电子辐照带电效应的特性和规律，重点介绍了在电子辐照环境下，介质材料的表面电位特性、材料的总带电电荷量以及电子辐照介质内部的实时电荷分布以及动态演变特性，并进一步阐述了带电状态对二次电子发射的反馈动态影响研究。此外，概括了近年来国内外对电子辐照带电的理论数值模拟方法及发展情况。     

等效位移损伤剂量法预测GaInP2/GaAs/Ge 三结电池在轨性能退化规律

文章首先在辐照条件下测试GaInP2/GaAs/Ge三结太阳电池的光谱响应,确定了三结电池在轨道带电粒子辐照条件下的损伤特征。通过试验获得了在不同粒子辐照条件下电池电性能退化规律,由此确定了高能电子与质子辐照对三结电池损伤的等效参数,建立了三结电池最大输出功率随位移损伤剂量的退化方程。在此基础上,以地球同步轨道服役的太阳电池为例,计算了电池在轨等效位移损伤剂量,并对三结电池的在轨服役行为进行了评价。     

电子与质子综合辐照下ZnO白漆的光学性能 退化研究

为研究电子与质子综合辐照中电子与质子间的协合效应,在模拟的空间环境下对S781白漆分别进行了10 keV电子辐照、70 keV质子辐照、和10 keV电子与70 keV质子综合辐照试验。研究了辐照后S781白漆光谱反射系数和太阳吸收比的变化,计算了综合辐照效应的相加性系数。结果表明,10 keV电子与70 keV质子在S781白漆中的平均投影射程相近,辐照损伤机理相似,综合辐照存在协合效应,协合效应减弱光学性能退化。     

空间辐射环境工程的现状及发展趋势

空间辐射环境是航天器在轨运行所面临的重要环境要素之一,因其诱发的单粒子效应、总剂量效应、位移损伤效应、表面充放电效应、内带电效应等既可引起航天器材料、器件、结构等在轨损伤、性能退化甚至失效,然而又可以利用其开展空间育种等活动。文章从空间辐射环境与模型、空间辐射效应及机理、空间辐射环境与效应试验的评价标准、空间辐射环境效应试验方法、空间辐射环境与效应地面模拟试验设备、空间辐射环境与效应数值模拟、空间辐射环境与效应飞行试验及抗辐射加固技术等角度对空间辐射环境工程的现状进行了评述,进而提出了空间辐射环境工程各个领域的发展趋势。     

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。     

利用等离子体加速器发射超高速 微小空间碎片的研究

文章介绍了国内外微小空间碎片超高速撞击地面模拟实验研究的现状,描述了国内等离子体微小空间碎片加速器的研制进展和初步实验结果,分析了该加速器在空间碎片防护研究工作中的应用。在初步调试阶段,在系统设计满负荷储能6%和35%的条件下,分别将100 ?m和200 ?m的玻璃微粒加速至5.5 km/s和9.3 km/s。利用该加速器可以模拟研究10～1 000 ?m的微小空间碎片对卫星功能材料的撞击损伤特性,可以加速模拟研究卫星关键部件或分系统在大量微小空间碎片撞击下的失效机理和失效模式,为卫星防护微小空间碎片的设计提供技术支持。该加速器还能为国内发展星载空间微小碎片探测仪器的设计和标定提供模拟实验条件。