地球同步轨道长寿命卫星热控涂层太阳吸收率性能退化研究

文章介绍了15年地球同步轨道环境对卫星表面太阳吸收率性能影响的试验模拟研究,研究结果为长寿命卫星热设计及热控涂层选择和研制提供可靠依据;介绍自行研制的空间低能综合环境试验设备、太阳吸收率原位测试系统和空间低能综合环境模拟试验方法,并对航天器常用的S781白漆、SR107ZK白漆、F46镀银和OSR二次表面镜热控材料进行空间低能综合环境模拟试验,获得了这些热控涂层在地球同步轨道15年期间太阳吸收率性能退化模拟数据,与已有的飞行试验数据进行对比研究,取得满意的结果。     

低能质子对卫星热控涂层太阳吸收率的影响

空间低能质子由于沉积能量在表层对卫星外露热控涂层太阳吸收率参数有较大影响,文章首次对地球同步轨道卫星6种热控涂层进行低能质子辐照试验研究,试件是S781有机白漆、SR107-ZK有机白漆、ACR-1有机白漆、OSR二次表面镜、F46二次表面镜和Kapton二次表面镜。试验采用能量48keV的质子,在真空条件下累积辐照360h,累计注量达到2×10~(15)p/cm~2。在辐照过程中原位测量热控涂层的太阳吸收率参数。这些热控涂层的太阳吸收率参数都有不同程度的明显上升。其中,有机白漆类热控涂层的太阳吸收率参数上升最快,其次是塑料薄膜类热控涂层(F46二次表面镜和Kapton二次表面镜),最稳定的是玻璃类热控涂层(OSR二次表面镜)。对试验前后试件的SEM分析和XPS分析表明,热控涂层中的颜料结构和聚合物结构在辐照下发生变化,形成不饱和链发色团和色心,使原来透明聚合物和高反射的颜料对太阳光产生吸收,从而引起热控涂层太阳吸收率参数上升。     

防静电白色热控涂层的空间环境性能试验

通过在氧化锌晶格中掺入重金属离子，得到具有防静电功能的白色颜料，再以丙烯酸树脂为粘合剂制备出空间飞行器外表面用的ACR－1防静电白色热控涂层；研究了空间环境效应（包括紫外辐照，电子和质子辐照）对该热控涂层太阳吸收率的影响并与有机硅白色热控涂层进行了比较，地面模拟空间环境试验研究结果证明，ACR－1防静电白色热控涂层具有良好的空间稳定性。     

低αs有机硅热控涂层及其空间防护作用研究

介绍了三种有机硅热控涂层的组成、工艺及性能，井讨论了影响涂层稳定性的因素。用LAMBDA—9分光度计和扫描电镜(SEM)对在模拟原子氧(AO)环境中的有机热控涂层太阳光吸收率(αs)的变化和防护作用进行表征研究。结果表明，这些涂层均有良好的空间稳定性，对AO辐照有较强的防护效果。该研究建立了空间材料新的防护体系。尤其是9—5涂层的αs最低，性能最优越。     

热控涂层紫外辐照试验方法的研究

几种有机热控涂层在真空下进行模拟太阳紫外辐照的试验。在真空条件和大气条件下测试涂层性能的变化,以比较热控涂层在进行紫外辐照时,原位测试和非原位测试的差异。     

太阳吸收率计算公式的截断误差

详细地分析了工程上应用的太阳吸收率计算公式的截断误差;从数学上推导了截断误差的计算公式;并给出了计算实例。所得结果对卫星热控材料及太阳光谱利用涂层材料的光热学性能的测量具有一定的参考价值。     

航天器用新型聚酰亚胺薄膜性能研究

原子氧是低地球轨道环境中对航天器影响较为严重的因素之一. 为了提高聚酰亚胺薄膜抗原子氧侵蚀的性能, 依据结构与性能的关系, 设计合成了新型的聚酰亚胺薄膜. 采用这种新型聚酰亚胺薄膜制备了二次表面镜, 利用地面模拟设备对热控涂层进行原子氧暴露试验, 结果表明其具有优异的耐原子氧侵蚀性能. 此外, 真空elax-elax紫外、真空elax-elax质子、真空elax-elax电子辐照等空间环境模拟试验表明, 这种耐原子氧聚酰亚胺薄膜二次表面镜热控涂层具有良好的空间稳定性.      

低太阳吸收率加成型有机硅热控涂层的研制

为了制备低αs/εh值热控涂层，必须选择合适的粘料。系统研究了组成对加成型热控涂层性能的影响，探讨了颜料与粘粒配比、含氢硅油种类、乙烯基硅橡胶种类、Si－H与CH＝CH配比、涂布方式等对热控涂层太阳吸收率（αs）、红外辐射率（εh）及αs/εh影响规律。     

AIT环境对卫星热控白漆性能影响的试验

热控白漆喷涂之后至卫星发射之前需要经过数个月的部件组装和测试（AIT）阶段,AIT环境是否影响热控白漆的性能是一个疑问。将与卫星天线相同热控ACR-1白漆的试验膜放置在AIT环境中,对其吸收率和发射率进行了六次测量。通过测量数据,对比分析了AIT过程中温度、湿度、洁净度等环境因素对热控白漆性能的影响程度。结果表明,在试验周期内,ACR-1白漆的吸收率和发射率变化量不大,对白漆性能可靠性的影响度不明显;洁净度对ACR-1白漆的吸收率影响较大。因此,在AIT阶段卫星环境应保持较高的洁净度。     

光学太阳反射器的性能评价试验规范

航天器在地面待发射期间和空间实际飞行过程中，热控元件光学太阳反射器要遇到各种地面和空间环境，为了航天器的可靠和长寿命，必须对所制备的ＯＳＲ涂层进行各种地面和空间环境试验并对其各项性能检验与考核，该文就这一系列试验的目的和规范进行了讨论。     

Degradation of thermal control materials under a simulated radiative space environment

A spacecraft with a passive thermal control system utilizes various thermal control materials to maintain temperatures within safe operating limits. Materials used for spacecraft applications are exposed to harsh space environments such as ultraviolet (UV) and particle (electron, proton) irradiation and atomic oxygen (AO), undergo physical damage and thermal degradation, which must be considered for spacecraft thermal design optimization and cost effectiveness. This paper describes the effect of synergistic radiation on some of the important thermal control materials to verify the assumptions of beginning-of-life (BOL) and end-of-life (EOL) properties. Studies on the degradation in the optical properties (solar absorptance and infrared emittance) of some important thermal control materials exposed to simulated radiative geostationary space environment are discussed. The current studies are purely related to the influence of radiation on the degradation of the materials; other environmental aspects (e.g., thermal cycling) are not discussed. The thermal control materials investigated herein include different kind of second-surface mirrors, white anodizing, white paints, black paints, multilayer insulation materials, varnish coated aluminized polyimide, germanium coated polyimide, polyether ether ketone (PEEK) and poly tetra fluoro ethylene (PTFE). For this purpose, a test in the constant vacuum was performed reproducing a three year radiative space environment exposure, including ultraviolet and charged particle effects on North/South panels of a geostationary three-axis stabilized spacecraft. Reflectance spectra were measured in situ in the solar range (250–2500 nm) and the corresponding solar absorptance values were calculated. The test methodology and the degradations of the materials are discussed. The most important degradations among the low solar absorptance materials were found in the white paints whereas the rigid optical solar reflectors remained quite stable. Among the high solar absorptance elements, as such the change in the solar absorptance was very low, in particular the germanium coated polyimide was found highly stable.     

热控涂层太阳吸收比α_s随入射角的变化及其影响

介绍了测量太阳吸收比αｓ。的稳态卡计法原理。用这种方法测量了一些热控涂层的太阳吸收比随温度和入射角的变化。测量结果表明,对二次表面镜及铝光亮阳极氧化涂层,太阳吸收比随人射角的变化是显著的。根据这些测量结果,计算了某些类型卫星吸收的太阳热流量。计算结果表明,对采用二次表面镜或铝光亮阳极氧化涂层的卫星,在计算吸收的太阳热流量时,必须考虑太阳吸收比随人射角的变化。     

基于三结太阳电池的透射率测量系统

在空间环境中太阳电池的涂层会发生退化,从而影响航天器的飞行寿命,因此研究能够测量涂层光学透射率变化的系统具有重要意义.使用三结太阳电池作为探测器接收光能量;设计光电流检测电路,对太阳电池输出电流进行电流-电压变换,放大,滤波和模数转换,最终输入上位机处理;运用双通道比对测量技术,比较有玻璃和无玻璃的三结太阳电池光电流测量值,计算出玻璃样片在三结太阳电池响应谱段内的整体透射率;使用热电阻传感器检测太阳电池工作温度以消除温度变化带来的误差.通过实验测得系统的测试相对误差约为0.1%,测量不确定度小于0.15%.     

组合光学太阳反射镜的热辐射性能测量

用量热计法测量了通信广播卫星上用的光学太阳反射镜（ＯＳＲ）的太阳吸收比αｓ和半球发射率εＨ。为了准确计算卫星的温度分布,测量的是组合ＯＳＲ样品的热辐射性能。作为对比,同时还用量热计法和光谱法测量了单片ＯＳＲ的太阳吸收比,并且对各个测量结果及其差异进行了分析。分析表明,不应当将单片ＯＳＲ的法向太阳吸收比αｓ作为设计参数,否则将在温度计算中引起较大误差。     

空间太阳电池板银互连片原子氧效应模拟试验

空间太阳电池板可作为空间飞行器的动力源,但由于原子氧在空间太阳电池板银互连片上的腐蚀作用,可能影响空间太阳电池板的有效寿命.因此,在北航流体所设计的原子氧效应地面模拟试验设备中,对空间太阳电池板的银互连片进行了抗原子氧效应地面模拟试验研究.获得了银箔和不同防护镀层材料在原子氧环境中的不同剥蚀结果,这为进行银互连片表面的原子氧防护提供了必要的应用和设计依据.     

有机硅热控涂层在模拟空间环境下的原位性能

研究了热控涂层在地面模拟空间环境下的性能变化：原位测定了紫外、电子辐照过程中热控涂层的性能变化；考察了K2SiO3包覆ZnO情况对涂层性能的影响；用扫描电镜（SEM）对辐照前后涂层表面微观形貌的变化进行了观察。结果表明，无论是缩合型的硅树脂还是加成型硅橡胶，在加入ZnO填料后，耐紫外辐照的能力都有明显的提高；不同种类涂层在真空紫外辐照作用下表现出不同规律。硅酸钾包覆ZnO对于有机硅树脂和加成型硅橡胶作基料的热控涂层影响也不同。加成型硅橡胶制备得到的热控涂层有非常优异的抗电子辐照性能。