星上产品温度循环加速寿命试验模型及试验设计方法研究

航天产品加速寿命试验一般都采用高温应力,加速模型应用阿伦尼斯模型。但除了受高温影响之外,星上产品在轨还长期受到温度循环应力的作用。目前国内航天产品开展温度循环应力加速寿命试验缺乏相关理论模型支持,本文针对温度循环加速寿命模型和试验设计开展了研究,可为星上产品开展温度循环加速寿命试验提供理论支持。     

基于Arrhenius模型的星载电子产品加速寿命试验技术

为满足"高分三号"卫星8年长寿命在轨数据处理需求,须开展针对数据处理单元(DPU)的可靠性设计验证。针对星载DPU,采用基于阿伦尼斯(Arrhenius)模型的加速因子估计方法进行高温加速寿命试验方案设计与分析,并给出故障判定及处理准则。8年加速寿命试验结果验证了DPU产品各项功能和性能满足技术指标。加速寿命试验技术能够在较短的时间内用较低的成本快速估计星载电子产品的可靠性,在航天产品设计中具有广阔的应用前景。     

卫星用热控涂层喷涂方式研究

热控涂层是保证卫星正常工作、延长卫星在轨工作寿命的重要温控手段。传统的喷涂方式虽能满足质量要求,但存在一定的问题。文章结合卫星常用热控涂层的性能和特殊性要求,首先分析了涂层与基底材料的热学性能、力学性能,进而对各种常用喷涂方式进行适用性试验研究,最终确定无气喷涂是较适用于卫星热控涂层的喷涂方式。     

在轨热控涂层试验器设计与标定试验研究

长寿命卫星热控涂层暴露在空间环境中,受到多种空间辐射效应的影响,会产生一定程度的退化。为准确掌握热控涂层在轨退化数据,文章设计了一种涂层试验器,基于能量平衡方程建立了测试热控涂层太阳吸收比的数学模型,并完成了地面标定试验。该装置具有结构简单和测试精度高的优点,为此开展了常用热控涂层空间搭载试验,获取涂层在轨退化数据,为卫星热控设计和热分析提供参考。     

星载大功率GaN固态功放寿命评估方法

近年来大功率氮化镓（GaN）固态功放开始逐步星载应用,但产品可靠性仍未得到充分验证。文章提出利用加速寿命试验（ALT）和在轨工作情况相结合的方法进行大功率GaN固态功放寿命评估。首先利用故障模式、机理及影响分析（FMMEA）确定固态功放的薄弱环节和主要失效机理;然后基于阿仑尼乌斯（Arrhenius）模型研究加速寿命试验激活能和加速应力的取值方法,对产品进行75 ℃、10 000 h的加速寿命试验;最后综合加速寿命试验结果和在轨工作情况对GaN固态功放进行寿命评估。评估结果显示:该产品45 ℃条件下在轨工作时,平均无故障时间（MTTF）为1.26×106 h,失效率为7.93×10-7,15年工作可靠度为0.901。     

SR107-ZK白漆在轨飞行性能退化分析

根据北斗一号卫星天线在轨的实际飞行温度,反推出了SR107-ZK白漆的太阳吸收比αs退化曲线,并根据该曲线外推,得到了8年寿命末期的太阳吸收比αs,预测了卫星寿命末期天线反射面的最高温度。     

SRl07-ZK白漆在轨飞行性能退化分析

根据北斗一号卫星天线在轨的实际飞行温度,反推出了SRl07-ZK白漆的太阳吸收比αs退化曲线,并根据该曲线外推,得到了8年寿命末期的太阳吸收比αs,预测了卫星寿命末期天线反射面的最高温度.     

航天器用光缆可靠性及寿命验证技术综述

光缆通信由于容量大、重量轻、损耗低等优点,是航天器总线传输的重要发展方向,我国在部分航天器型号中已经尝试采用了光缆通信。文章在介绍航天器用光缆结构及特点的基础上,总结归纳了光缆的主要失效模式,综述了高低温、温度循环、空间辐照以及温度辐照综合环境对光缆可靠性及寿命的影响规律,还介绍了国内外光缆寿命评估的加速模型、加速试验方法,以及典型应用案例,旨在为我国航天器用光缆可靠性及寿命验证技术研究和型号应用提供参考。     

基于威布尔分布的加速试验剖面设计方法

针对目前航空航天装备的加速寿命试验普遍存在试件少、试验时间长、估计精度差等问题,通过建立基于二参数威布尔分布的三步进加速试验剖面,以应力水平和应力转换时间为设计变量,以产品在正常应力水平下的分位数寿命估计值的渐近方差最小化为优化准则,在短时间内对高可靠性、长寿命产品的寿命进行了精确评估,并与传统均匀设计加速试验方案进行对比。结果表明:经优化后的加速试验方案具有更高的估计精度。     

天线指向微调机构寿命分析及试验验证

考虑到各种环境因素可能对天线波束指向产生影响以及星载天线在轨服务区重置的需求,越来越多的星载天线要求具有在轨指向微调功能。文章针对一种天线微调机构,利用磨损程度评估技术开展了其寿命预估,同时使用加速寿命试验完成了其寿命试验考核工作。     

MEO卫星双星并行真空热试验技术

在“北斗三号”MEO卫星双星并行研制过程中,综合考虑总体任务需求、卫星热控特点、热控方案及现有试验条件,提出“双星同时进罐,单星热平衡,双星热真空”的真空热试验方案,并通过仿真分析对因两星相互遮挡引起的附加热流进行修正,实现两颗卫星同时使用同一空间环境模拟设备即可完成热平衡及热真空2项试验。数据比较表明,热平衡试验结果对在轨卫星温度的预示较为准确,验证了上述双星并行真空热试验方法的可行性。     

星用第三代铼/铱材料490 N发动机研制进展

提高轨控发动机的真空比冲可以有效减少卫星变轨推进剂的消耗量,从而延长卫星的在轨工作寿命或增加有效载荷质量。介绍了我国在研的卫星用第三代铼/铱材料490 N发动机设计方案、技术攻关和试验情况,对工程化应用存在的问题进行了分析,并提出了改进和优化方案。在第二代490 N发动机的设计基础上,第三代490 N发动机成功攻克了可靠传热稳定工作喷注器、高性能喷注器与燃烧室匹配以及新型高温抗氧化材料制备等关键技术,真空比冲提高了10 s,达到325 s。两台发动机均通过了25 000 s鉴定级高空模拟热试车寿命考核,性能指标达到国际先进水平。但是针对试车子样数较少和铼/铱燃烧室制备工艺困难的问题,仍需进一步开展铼基体和铱涂层的高温性能研究,并继续优化发动机设计。     

应用混合工质制冷技术的环模设备

在-80℃的热真空环境模拟试验采用混合工质制冷的环模设备能克服液氮制冷的不足。文章提出了环模设备混合工质制冷系统的方案,介绍了混合工质制冷技术的流程、性能,提供了采用混合工质制冷的部组件的环模设备的调试结果。结果表明该设备各系统运行稳定、可靠,满足热真空试验要求。     

小卫星空间模拟器KM3B的研制

空间模拟器是用来模拟空间的真空、冷黑及太阳辐照环境,完成卫星的热平衡、热真空试验,满足卫星研制需要的关键地面大型试验设备。文章概要介绍了研制的一台有效试验空间为φ3 800 mm×4 800 mm的空间模拟器的组成、采用的模拟技术、调试及使用情况。使用结果表明:该设备的各系统运行稳定、可靠,模拟室的真空度、污染量、热沉温度、红外热流模拟系统、温度测量系统等均能满足卫星整星热平衡、热真空试验的要求。     

光纤光栅光谱异常模式判别和自适应分段拟合在温度标定中的应用

针对空间真空和温度交变环境下光纤光栅（fiber Bragg grating, FBG）反射光谱工作模式识别困难以及测温精度不足的问题,提出一种FBG反射光谱异常模式判别方法,并对所获取的波长?温度曲线进行自适应分段拟合。实验结果表明:在大气常温与高真空热环境下,该方法对于FBG反射光谱异常模式的识别准确;波长?温度自适应分段拟合残差分别为0.052 126和0.017 083,满足空间真空热环境下FBG传感器的测温精度要求。     

AZO改性Y2O3-ZnO-Al2O3热控涂层性能分析

为解决铝合金表面液相等离子体电解氧化（PEO）涂层（Y₂O₃-ZnO-Al₂O₃）导电性差而导致的静电效应,对其进行表面改性处理。采用原子层沉积（ALD）技术在铝合金表面PEO涂层原位沉积铝掺杂氧化锌（AZO）导电薄膜以提高PEO涂层的导电性。对AZO改性PEO涂层的相组成和表面微观结构进行分析;对不同沉积温度下所得复合涂层的电阻率、载流子浓度和迁移率,以及沉积前后的热控性能、耐腐蚀性进行测量分析。结果表明:AZO导电薄膜均质连续致密地沉积在PEO涂层表面;当沉积温度为150 ℃时,AZO@Y₂O₃-ZnO-Al₂O₃复合涂层的电阻率为1.15×10-4 Ω·cm,载流子浓度为1.8×1020 cm-3,太阳吸收比为0.409,发射率为0.892,且抗电化学腐蚀性能良好,能够满足航天器热控涂层在空间环境应用的技术要求。     

月球极区水冰钻取模拟试验系统研究

探测并利用月球极区的水资源一直是月球探测的研究热点。针对钻取及凝华装置开展系统级真空低温试验的需要，建立月球极区水冰钻取模拟试验系统，根据水的三相转化关系设计了2个阶段的试验流程，试验中混合物容器中的水可保持固态。初步试验结果表明，所建立的试验系统能够满足现阶段开展月球极区真空低温试验的需求，为验证产品性能、优化产品工况、促进月球极区水冰获取工程技术的发展提供条件。     

星载氮化镓固态功率放大器整机高可靠设计技术研究

为了满足星载应用对于固态功率放大器长寿命的应用需求，针对近年来研究较多的氮化镓（gallium nitride,GaN）固态功率放大器（solid state power amplifier,SSPA），阐述了器件存在的可靠性问题，提出了整机高可靠设计方法。首先，探讨了氮化镓器件的典型失效机理，给出了氮化镓器件在高场退化以及热退化方面的研究结果，分析了逆压电极化效应及热载流子效应引起器件退化的物理机制。其次，围绕降额设计、整机热设计以及电路稳定性设计，研究了如何针对氮化镓器件的特点实现星载固放的高可靠设计，并给出了典型的仿真及实验结果。最后，给出了典型的星载固态功率放大器空间环境模拟试验结果，产品在热真空试验、温循老炼以及高温老炼等试验过程中表现出了较高的稳定性和一致性，为氮化镓固态功率放大器的上星应用提供了有力的支撑。     

真空热试验热电偶测温参考点分析改进

热电偶测温系统是真空热试验中最常用的温度测量系统,温度参考点是热电偶测温系统的重要组成部分。文章分析了热电偶温度参考点的各项技术要求,为参考点结构设计、热设计、电装工艺等提供了依据;同时结合温度参考点的现状,为简化操作,降低使用风险,提出了一种优化改进结构方案,并进行了热分析计算以及试验验证,结果表明该方案完全满足参考点各项技术要求。