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。     

三结砷化镓太阳电池真空连续激光损伤效应

采用1 315 nm波长连续激光,在真空环境下辐照三结砷化镓太阳电池,通过对比辐照前后电池IV、QE等表征数据,研究三结砷化镓太阳电池的损伤效应,并对其损伤机理进行分析。结果表明:当激光功率密度为8 W/cm~2、辐照时间为60 s时,三结砷化镓太阳电池辐照后电性能下降显著,转化效率衰降超过70%。损伤机理是在热损伤与应力损伤的综合作用下,引起电池串联电阻(R_s)、并联电阻(R_(sh))的恶化,且Rsh是衡量电池损坏的关键指标。该结果可以为三结砷化镓太阳电池在激光损伤机理与无线能量传输方面的研究提供一定的参考。     

用于痕量气体检测的宽调谐外腔量子级联激光器研究

研究基于闪耀光栅的Littrow外腔量子级联激光器,设计一种改进型Littrow外腔腔型,实现了小型化样机研制。测试结果表明,输出激光波长调谐范围1317cm^–1(7.593μm)至983cm^–1(10.173μm),最大平均功率17.7m W,激光线宽小于1cm^–1,功率稳定性优于0.5%(4h),波长稳定性优于0.12cm^–1(5.4h)。样机激光头尺寸76mm×54mm×50mm,部分技术指标优于国外商业产品。     

国产先进工艺SoC器件空间单粒子效应试验研究

国产某型号导航SoC器件采用55nm商用工艺生产。针对该型器件的辐射敏感性分析表明其易受单粒子效应影响,为此利用重离子加速器完成空间单粒子辐照的地面模拟试验,考查器件的单粒子效应,为其空间应用提供数据支撑。结果表明：器件抗单粒子锁定的LET阈值大于81.4 MeV·cm²/mg,满足空间应用指标要求;但器件对单粒子翻转和单粒子功能中断较为敏感。利用ForeCAST软件计算得到GEO、Adams 90%最坏环境模型,3 mm(Al)屏蔽条件下器件的DFT模式单粒子翻转率为6.80×10^-8d^-1·bit^-1,SRAM模式单粒子翻转率为5.61×10^-11d^-1·bit^-1,单粒子功能中断率为5.24×10^-5d^-1,在轨应用时需要采取相应的防护措施。     

激光驱动微小碎片对石英玻璃撞击损伤效应试验研究

空间碎片撞击对航天器表面材料性能具有很重要的影响。文章从碎片对材料撞击作用角度出发,使用激光驱动飞片技术对光学玻璃进行了撞击试验研究。为了便于对撞击损伤机理的研究和效应评价,开展了单次撞击试验和多次撞击试验,并对这些试验进行了测试分析。试验表明:高速飞片与撞击靶损伤处有很好的对应关系,且高速飞片撞击对石英玻璃表面造成了损伤结构,进而导致光透过率下降。     

陶瓷基分子吸附器的航天器污染控制性能试验研究

为验证陶瓷基分子吸附器利用多孔材料的吸附性能降低航天器一定区域内污染水平的能力,试验研究真空环境中13X分子筛材料的分子污染物吸/脱附特性,以及以13X分子筛为吸附剂的陶瓷基分子吸附器对航天器用电缆放气产物的吸附性能。试验结果表明：13X分子筛可以有效捕获污染物分子,陶瓷基分子吸附器的吸附能力在3.1×10^-2～3.4×10^-2 g/cm²之间。陶瓷基分子吸附器可以应用于航天器热真空试验和在轨运行时的污染控制,有利于延长航天器寿命、提高航天器可靠性。     

GaN基高电子迁移率晶体管的质子辐照效应研究

文章研究了A1GaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）的质子辐照效应。在3MeV质子辐照下,采用三种不同辐照剂量6×10¹⁴,4×10¹⁴和1×10¹⁵protons/cm²。在最高辐照剂量下,漏极饱和电流下降了20%,最大跨导降低了5%。随着剂量增加,阈值电压向正向漂移,栅泄露电流增加。AlGaN/GaN HEMT电学特性的退化主要是由辐照引入的位移损伤引起的。从SRIM软件计算出空位密度,将Ga空位对应的能级引入Silvaco器件仿真软件中,仿真结果与实验结果相匹配。Hall测试结果显示二维电子气（2DEG）浓度和迁移率在辐照后有所降低。     

强激光对靶材烧蚀效应的数值模拟研究

强激光烧蚀是一个复杂的物理化学过程,包括质量迁移、相变、运动边界等诸多复杂因素。如果靶为复合材料,烧蚀机理更加复杂,而且很难找到共性规律,这对数值计算方法提出了较高的要求。文章介绍了强激光烧蚀的理论基础、烧蚀模型以及对强激光烧蚀进行数值模拟的无网格方法（光滑粒子动力学方法,即SPH方法）。采用了SPH方法对典型靶的激光烧蚀进行了数值模拟,并给出了单层铝靶和环氧树脂/铝双层靶在激光辐照下的烧蚀形貌与温度场。计算结果表明,在不同材料的交界面,烧蚀将沿径向发展。     

几种空间材料激光刻蚀的可行性研究

文章针对Kevlar／环氧蜂窝板热冲击试验中发现镀膜刻蚀栅条断裂的现象,提出改进蜂窝板表面状态的两种措施：（1）在Kevlar表面贴Tedlar薄膜;（2）在Kevlar表面贴胶膜。文章介绍了两种对激光吸收率不同的Tedlar膜和三种空间用胶膜材料在真空镀膜以后,用激光刻蚀后材料的微观表面状态、基体损伤等情况,最后得出这几种材料的激光刻蚀可行性结论。     

激光致盲武器的工作原理与系统构成

概述了激光致盲原理和强激光对光电传感器的损伤阈值 ,以及激光致盲武器的系统构成和关键技术。     

Au@rGO-PEI复合材料的制备及光热性能研究

太阳能作为一种可直接利用且可持续利用的清洁能源,有着巨大的开发应用潜力。利用太阳能的有效方法之一是光热转化,因此,高效的光热转换材料成为太阳能有效利用的关键。本研究通过在石墨烯表面引入供电子基团并原位复合金纳米片,双重增强了材料的光热性能。最优条件下制备的Au@rGO-PEI(Au与rGO-PEI的质量比为1:1.25,负载量1 mg/cm²),材料表面温度达到最高(76℃)。     

D406A超高强度钢激光清理工艺分析

主要开展了固体火箭发动机用退火态D406A超高强度钢激光清理工艺试验与分析,为该材料焊接前表观氧化物的高效、高质量清理提供工程应用支撑。试验采用波长为1064 nm手持激光清理设备,结合激光功率、脉冲频率、扫描速度、扫描宽度等因素,以退火态D406A清理质量作为响应进行试验设计,得出材料所适宜的激光清理工艺参数,开展了激光清理后基材、焊接接头的材料组织、化学成分、力学性能试验对比分析,对材料的激光清理效果进行了综合评价与验证。实验表明,退火态D406A材料激光清理的最佳工艺参数为激光功率200 W、激光频率135 kHz、清理速度8 mm/s,清理后板料表面一致性好,清洁度可达到Sa 2.5级,满足后续焊接要求,材料力学性能满足工艺要求,对提高固体火箭发动机制造质量具有重要意义。     

强激光辐照下充压壳体损伤特征温度分析

提出了损伤特征温度的理论表述,该物理量表征的是材料结构达到强度极限时的温升大小,同时其对应的是壳体出现开裂损伤时满足的最低能量条件。通过建立有限元模型,给出了激光加载下损伤特征温度的计算方法及结果,对加载功率密度和内压的影响关系进行了讨论,并预估了不同功率密度加载时壳体的损伤时间。结合数值模拟结果,开展了相关试验研究,并进行了讨论。研究表明,激光功率密度和壳体内压对损伤特征温度有不同的影响关系,该物理量对试验设计具有重要参考价值。     

航天器舷窗玻璃超高速撞击损伤与M/OD撞击风险评估

用北京卫星环境工程研究所的18mm口径二级轻气炮(TLGG)和20 J激光驱动微小飞片装置(LDFF-20)对用作航天器舷窗玻璃的熔融石英玻璃的超高速撞击损伤特性进行了实验研究和分析.其中,TLGG发射的球形铝弹丸直径分别为1 mm和3 mm,速度2～6.5 km/s;LDFF-20发射的圆柱形飞片厚度7 μm,直径1 mm,速度1～8.3 km/s.撞击结果为:对12 mm厚的熔融石英玻璃,直径为3mm的弹丸甚至在2.8 km/s的低速下就将其穿透,而直径为1 mm的弹丸在6.5km/s的高速下没有穿透,这说明弹丸直径对撞击损伤特性有很强的影响;LDFF-20发射的微小飞片的撞击仅在玻璃表面产生很浅的凹坑,没有裂纹产生,但微小飞片的累积撞击损伤明显地降低了玻璃的透光性.实验初步获得了侵彻深度PC、侵彻直径D1与弹丸撞击速度Vp、弹丸质量Mp之间的经验关系.依据实验结果和目前的微流星体/空间碎片(M/OD)环境工程模型,建议对于高度为400 km、轨道倾角42°、寿命为3年的典型航天器,其舷窗玻璃的临界安全(非穿透)厚度至少为12mm.     

激光驱动飞片系统模拟空间碎片超高速撞击

文章介绍了北京卫星环境工程研究所采用激光驱动飞片系统将厚度5μm的铝质飞片发射到8.3 km/s.该驱动系统采用调Q钕玻璃激光,脉宽15 ns,最大能量达到20 J.针对热控材料、舷窗玻璃及OSR等外部表面功能材料开展了超高速撞击实验研究,取得初步研究结果.实验结果表明激光驱动飞片技术可很好地用于模拟微流星/空间碎片超高速撞击效应研究.     

环氧基纳米复合材料抗真空紫外辐照性能研究

文章模拟真空紫外辐照条件,研究波长5~200 nm的真空紫外线(VUV)对环氧树脂648以及环氧基纳米复合材料的辐照损伤效应.质量损失、扫描电子显微镜、质谱仪和X射线光电子谱仪分析结果表明:纳米TiO2起到明显抗真空紫外辐照的作用.辐照后,与环氧树脂相比,环氧基纳米复合材料的质量损失大幅度降低,弯曲强度变化较小,出气量和出气成分减少,表面没有新的C峰出现,表面O 1s峰的主要成分没有发生变化.     

轻量化环氧树脂复合灌封材料均匀性工艺研究

轻量化环氧树脂灌封材料在机械、电子、航空航天等领域有着广泛的应用,轻量化环氧树脂灌封材料中不同密度的填料在固化过程中发生分层等现象,会降低环氧树脂灌封材料的均匀性并产生应力集中,影响材料的各项性能。通过向体系中加入空心玻璃微珠作为轻量化填料,并设计了偶联处理、低温凝胶工艺、添加小粒径氮化硼等不同的均匀性提升工艺方案,研究了不同工艺条件对环氧树脂灌封材料体系的密度与均匀性的影响。结果表明：偶联处理工艺对于均匀性的影响较小,无法有效抑制体系的分层现象;低温凝胶工艺与小粒径氮化硼填料的添加能够将环氧材料体系的密度差分别降低至0.069g/cm³与0.015g/cm³,显著提升了环氧树脂灌封材料的均匀性。     

模拟月壤激光熔融成型工艺参数试验初探

月壤3D打印可以实现月球的原位资源利用,有望成为月球基地建设和持久运营维护的关键技术手段。文章综述了模拟月壤激光3D打印方法的研究现状,搭建了以CUG-1A模拟月壤为原料的激光熔融成型原理试验系统,并开展了常规环境工艺参数的初步试验。结果显示:激光功率和扫描速度影响激光熔融深度和直径,是模拟月壤激光熔融成型的关键工艺参数;模拟月壤熔融成型过程易出现孔洞、球化等典型缺陷,需要进一步对月壤激光相变机理和上述成型工艺参数进行解析优化。     

近紫外辐照对塑料薄膜型防静电热控涂层 导电性能的退化效应

文章通过试验研究了近紫外辐照对塑料薄膜型防静电热控涂层ITO/Kapton/Al、ITO/F46/Ag的导电性能的影响,给出了它们的导电性能退化规律,利用扫描电子显微镜（SEM）和X射线光电子能谱仪（XPS）对近紫外辐照后的涂层表面形貌和成分进行了分析,探讨了近紫外辐照对塑料薄膜型防静电热控涂层导电性能退化的机理。     

航天器用低太阳吸收比无机热控涂层制备及性能研究

航天技术的发展和深空探测的需要,对热控涂层的光热性能和空间环境稳定性提出了更加苛刻的要求。为此,文章设计内核为Zn₂SiO₄、外壳为具有可见光波段高透过性SiO₂的核壳结构颜料,并将其制备成热控涂层。试验结果表明：涂层T-Zn₂SiO₄@SiO₂的太阳吸收比为0.09,具有超低吸收特性。在此基础上,文章系统性表征了涂层在真空-紫外辐照后太阳吸收比和内部缺陷的变化,初步解析了紫外辐照后光学性能演化机理,可为研制低太阳吸收比、高稳定性新型热控材料提供新思路。