氧化锌半导体薄膜在原子氧探测中的应用

氧化锌半导体薄膜是用于空间原子氧探测的一种敏感材料。采用脉冲激光沉积方法（PLD）在（001）取向的蓝宝石基底上制备出了高质量的氧化锌薄膜,并在地面原子氧模拟设备中考察了其原子氧敏感特性。结果表明,氧化锌薄膜对原子氧有较好的敏感特性,并且在受热后导电性能可以恢复,满足重复探测的要求。     

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。     

热控涂层原子氧效应的试验研究

采用同轴源型原子氧模拟装置，对11种热控涂层进行了原子氧效应的筛选试验研究。通过试验前后外观，质量、太阳吸收比，以及电子显微镜的观察比较，选出了5种耐原子氧性能较好的热控涂层。     

电子回旋共振微波离子源在原子氧模拟技术中的应用

介绍一种新颖的原子氧模拟试验装置,该装置采用了微波电子回旋其振(electron cyclotron resonance 简称“ECR”)的先进技术,最佳调试状态下,可获得10~(15)/cm~2·s 的束流。在该试验装置上,我们对航天器上大量使用的 Kapton 和石墨环氧材料进行了原子氧效应试验,首次在国内成功的获得了原子氧束流模拟试验的样品结果。对样品的表面形貌分析证明:试验结果完全与国外同类设备的试验结论一致,这标志着我们在原子氧地面模拟技术领域的研究已取得重要进展。     

同轴源原子氧地面模拟设备性能优化

文章简要介绍了同轴源原子氧装置的基本结构和工作原理;分析和计算了同轴内导体的受热状况,对内导体的结构进行了优化,使其寿命提高了近10倍,并减少了因天线氧化对真空室的污染;设计了新的试样架,试样架可同时装入4个不同试样;配置了两套紫外光源系统和一套试样光学性能原位测量系统,使装置具备了原子氧与紫外的协同效应,紫外光的波长为185～400nm,辐照度可达2～4个太阳常数;增加了光学性能测量室,试样光学性能可以原位测量。试验结果表明：优化后的原子氧装置能够模拟空间原子氧对材料的剥蚀效应。     

原子氧辐照对MoS_2/酚醛环氧树脂粘结固体润滑涂层摩擦磨损性能的影响

为了揭示低地球轨道环境中的原子氧对粘结固体润滑涂层摩擦学性能的影响,制备了MoS2/酚醛环氧树脂粘结固体润滑涂层,并在原子氧地面模拟没备中对其进行辐照.采用球盘摩擦试验机考察了辐照前后涂层的摩擦磨损性能,并通过扫描电子显微镜(SEM)和X-射线光电子能谱仪(xPs)分析了辐照对涂层表面结构和组成的影响.研究发现,原子氧辐照增大了涂层的摩擦系数,降低了其耐磨性.表面结构和组成分析表明,原子氧辐照引起涂层中固体润滑剂MoS2发生部分氧化和粘结剂发生部分降解,使得涂层表面的O含量显著增大,而C含量明显降低.原子氧辐照引起的涂层表面结构和组成的变化是其改变粘结固体润滑涂层摩擦学性能的主要原因.     

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%。     

含磷聚酰亚胺薄膜在原子氧环境中的降解研究

文章考察了自行合成的含磷聚酰亚胺（PI）薄膜在模拟原子氧环境中的降解行为。扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）等测试结果表明:在原子氧辐照过程中,含磷PI薄膜表面的磷元素与氧元素含量增加,原子结合能也增大,意味着在PI表面形成了含磷钝化层。该钝化层进一步阻止了PI次表面层被侵蚀,使含磷PI薄膜表现出了抗原子氧侵蚀能力,其在模拟原子氧环境中的质量损失率远低于Kapton薄膜。     

一种原子氧掏蚀模型参数的校正方法

在空间原子氧效应数值模拟研究中,确定掏蚀模型各参数是保证计算结果正确性的重要工作。文章对Banks原子氧掏蚀模型的各参数的作用进行了分析,基于掏蚀过程中的相似律分析给出了数值模拟和试验数据相结合以确定该模型参数的方法。文章还提出材料的原子氧理论侵蚀当量的概念,并使用数值模拟方法与试验数据计算了一种碳纤维环氧复合材料的原子氧理论侵蚀当量。应用该特征量可以建立数值模拟结果和试验结果之间的准确关系。     

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。     

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。     

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     

磁力矩器用聚合物材料的原子氧效应试验研究

文章对磁力矩器用4种聚合物材料进行原子氧和真空效应评价试验,利用新型的原子氧环境模拟设备及其他分析手段对试样的质量损失率(SAML)和表面形貌的变化进行了研究。试验结果表明,真空环境会导致材料产生质量损失,4种材料的真空质损最大相差24倍;原子氧作用导致聚合物材料的颜色发生变化,且造成材料的质量损失,4种材料的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。     

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。     

原子氧环境对空心阴极影响的地面模拟试验研究

为确定原子氧对六硼化镧型空心阴极的影响,将LHC-5型空心阴极放置于原子氧试验设备中反复点火,期间使用钨铼5-26热电偶测量阴极管温度。试验完成后检查空心阴极,发现阴极管出现膨胀开裂现象,其断面的XPS成分分析结果表明阴极管的断裂失效是由氧化导致的。因此,针对LEO使用六硼化镧型空心阴极的离子推力器、霍尔推力器和等离子体接触器等航天器部件,应制定正确的工作关机策略以保证阴极不受原子氧环境影响。     

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     

Changes of properties of the materials of spacecraft solar arrays under the action of atomic oxygen

A procedure is developed for physical and chemical modeling and investigation of the weight, geometrical, and thermo-optical characteristics of polymer paneling materials of solar arrays and of the electric power of solar cells under the prolonged action of supersonic fluxes of atomic oxygen in orbit. The behavior of changes in the material characteristics as a function of the integral fluence of atomic oxygen is found. It is established that the electric power of solar cells is virtually invariable within the errors of measurements under irradiation by atomic oxygen flux with a fluence of no higher than 5 · 10²¹ cm^?2.     

低地球轨道空间环境下航天器表面原子氧通量密度和积分通量分布的数值模拟

基于蒙特卡罗方法和区域分解法,建立低地球轨道空间环境航天器表面原子氧通量密度和积分通量的数学模型。模型考虑了航天器表面几何构型、原子氧数密度和分析热运动、地球自转对航天器速度的影响以及轨道运行参数。通量密度分布的求解是通过其微分方程的对于独立变量分子运动速度和与表面速度矢量合成的积分得到,积分通量是通过沿轨道时间积分来实现。与此同时,得到了沿入射攻角变化原子氧分布的最大值和最小值。计算结果表明:通量分布伴随入射攻角增大而急剧下降,在迎风面达到最大值,背风面最小值。入射攻角是影响分布计算结果的重要因素。计算误差与NASA-LDEF飞行试验实验结果吻合较好。