材料原子氧掏蚀效应中的相似律研究

文章对有防护涂层材料的原子氧掏蚀效应蒙特卡罗模型进行了分析,发现该模型中蕴含着几何相似律,并基于相似律提出了可用于表示掏蚀历程的特征量。数值模拟研究验证了相似律的正确性。     

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。     

表面缺陷对原子氧掏蚀效应影响的数值模拟研究

Kapton作为基底的热控涂层被广泛应用于航天器的外表层设计中,表面保护层中缺陷处所发生的掏蚀效应是近地轨道空间飞行时原子氧对此类热控材料作用的一种主要方式.文章通过蒙特卡洛方法研究了这些尺寸参数与原子氧效应之间的关系.结果表明,保护层缺陷的宽度直接影响进入缺陷内的原子氧的数量,空腔的"颈部"宽度与空腔最大宽度之比随着缺陷宽度增加,掏蚀深度的增加速度则随着缺陷的加宽而变小;保护层厚度主要对初次入射原子氧的入射过程有影响,加厚保护层可以减小原子氧的掏蚀深度和掏蚀空腔的宽度.这些结果可为原子氧防护层的设计提供参考依据.     

空间原子氧环境效应模拟方法

原子氧是近地轨道中一种极为恶劣的空间环境,地面模拟与数值模拟是进行原子氧环境效应研究的常用方法。文章调研分析了国内外在空间原子氧地面模拟与数值模拟方面的最新进展及所采用的关键技术,提出国内今后在地面模拟方面应着力建立有效的试验方法与寿命预示方法,为今后航天器选材试验提供技术基础;在数值模拟方面应以工程应用为指导,以试验结果为基础,逐步建立起合理有效的数值模拟方法。     

固体火箭发动机绝热层粒子侵蚀特性数值模拟研究

针对固体火箭发动机高浓度颗粒流冲刷下的粒子侵蚀绝热层问题，运用Standard k-ε湍流模型和颗粒轨道模型对某型地面模拟过载试验发动机进行三维两相流数值模拟，分析两相流场特性，基于Oka粒子侵蚀模型计算某型EPDM绝热层的粒子侵蚀率，并与7次地面模拟过载试验发动机粒子侵蚀试验结果进行对比。数值结果表明，该粒子侵蚀模型可靠且精度有保证，能够正确预示绝热层粒子侵蚀特性；计算与试验所得的侵蚀率分布范围基本相同，计算所得最大侵蚀率偏大，最小相对误差4.69%,平均相对误差约13.89%;但侵蚀分布特征与试验结果不完全一致，分析认为粒径分布数据与真实值的偏差是侵蚀分布特征存在差异的主要原因。研究结果可用于工程中EPDM绝热层高浓度颗粒冲刷下的粒子侵蚀分析，能够为固体火箭发动机绝热层设计及热防护可靠性研究提供参考。     

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。     

低地球轨道原子氧?太阳远紫外协合效应地面试验条件探讨

低地球轨道航天器表面聚合物材料受中性大气原子氧和太阳远紫外辐照的同时作用,表现出不同于单一因素分别作用的协合效应。文章在总结现有地面试验设备参数和不足的基础上,分析原子氧注量、远紫外曝辐照度随在轨时间变化的计算方法和输入数据特性,并以正立方体卫星为例计算得到典型轨道不同太阳活动环境下迎风面和非迎风面的原子氧注量和远紫外曝辐照度,以及远紫外曝辐照度/原子氧注量之比（注量比）随在轨时间的变化后,提出将该注量比参数作为有关地面试验条件制定的依据之一,以提高航天器外露材料原子氧?远紫外协合效应地面试验模拟的有效性。     

粒子侵蚀模型及粒子侵蚀下绝热材料烧蚀数值计算

从粒子动力学参数出发,分析了粒子与炭化层相互作用机制,导出计算粒子对炭化层作用力,再根据强度理论,推导出粒子对炭化层的侵蚀模型。应用该模型,对实验发动机中粒子侵蚀下的绝热材料烧蚀进行了数值计算,计算中采用了燃气流动与烧蚀耦合计算方法,计算结果与实验结果基本一致,表明所建立的粒子侵蚀可用于固体火箭发动机中粒子侵蚀下绝热材料烧蚀的预估。     

W型地下井发射环境数值模拟与分析

为研究导弹地下井发射环境,采用计算流体力学方法对W型井导弹发射过程的流场进行了数值模拟。通过将仿真数据与理论计算及试验结果进行对比,验证了计算模型和数值方法的准确性。采用动网格技术处理流场计算区域随导弹运动的变化过程。仿真结果表明,在整个发射过程中燃气流具有反射、引射和充分发展3个阶段,造成发射环境参数有较大变化。分析了压力和温度参数的变化规律。该数值算法和仿真结果可推广应用于发射井的设计、优化及改进。     

同轴源原子氧地面模拟设备实用性分析

文章简要叙述了原子氧地面模拟设备的基本要求,介绍了同轴源原子氧模拟设备的性能。从原子氧的能量及分布,通量密度的大小、均匀性、重复性,以及紫外辐照和原子氧同时作用、光学性能原住测量等方面,分析了设备的实用性。该设备以上性能和功能都接近空间实际,因而试验结果比较可靠。     

航天器迎风面不同位置原子氧掏蚀效应的数值模拟研究

Kapton作为基底的热控涂层被广泛应用于航天器的外表层设计中。近地轨道航天器的飞行方向与航天器表面法线之间的夹角(在本文中简称为ANI)对原子氧掏蚀效应有较大的影响。文章利用Monte Carlo方法研究了航天器迎风面(即0°≤ANI≤90°处)上ANI与掏蚀效应之间的关系。结果表明,束流和撞击能量不变时,ANI的增加会引起原子氧掏蚀空腔发生同向倾斜,空腔的深度不断减小,而宽度将急剧增加;当保护层厚度一定时,ANI的增加还会引起缺陷处入射的原子氧的反应率降低。     

原子氧环境对有保护Kapton材料基蚀作用的研究

研究了低地球轨道原子氧环境对有环境Kapton材料的基蚀作用。采用蒙特卡罗方法模拟了原子氧Kapton材料的作用过程，模拟结果与长期暴露装置（LDEF）试验数据基本符合。结果表明，保护层缺陷尺寸对基蚀形状影响较大，决定了基蚀深度的大小，同时，考虑了非理想镜面反射作用对基蚀形状的影响。     

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。     

基于碳纳米管气体传感器的空间原子氧实时探测技术探讨

空间原子氧环境是低地球轨道空间环境的重要组成之一,未来的原子氧探测技术要求探测载荷不仅在重量和功耗方面比现有技术大幅降低,而且在探测性能上要有极大的提升,特别是能实现原子氧通量的实时探测。文章在分析目前主要原子氧探测类型及其特点的基础上,提出一种基于碳纳米管气体传感器的原子氧探测技术。其探测仪器具有体积小、功耗低、灵敏度高、可实时探测、能长期连续工作、可重复使用等特点,是纳米传感器技术发展的重要方向。该技术一旦成功应用,有望快速提高我国在原子氧探测方面的技术水平。     

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     

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。     

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。