探测空间原子氧环境的锇膜电阻传感器技术研究

原子氧密度传感器可以测量原子氧的通量密度和积分通量.锇膜电阻是一种小型的、价格低廉的测量轨道原子氧束流密度的传感器,由于尺寸小、重量轻使其可以用在大部分航天器上,增加了飞行的机会.文章对北京卫星环境研究所采用电镀法及紫外线光刻和金属刻蚀微加工技术制备锇膜电阻的研究情况进行了介绍.     

原子氧环境及其试验研究

原子氧对低地球轨道(LEO)卫星表面的剥蚀已为众多的飞行试验所证实,它对热控涂层、光学表面的损伤是明显的.随着LEO卫星性能的提高和工作寿命的增长,应把原子氧对材料的剥蚀试验作为LEO卫星表面用材料的筛选试验,推荐原子氧对材料的剥蚀试验条件为 1.0×1020～3.0×1020个/cm2.试验设备应配有紫外,二者协合能更好地模拟轨道上的效应.开展LEO卫星上的搭载飞行试验,确定原子氧环境对材料的影响,逐步建立起原子氧效应数据库,对加速载人航天和空间站技术的发展是必要的.     

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。     

LEO卫星太阳电池电路原子氧效应分析及试验研究

分析了原子氧环境对低地球轨道(LEO)卫星太阳电池电路损伤效应,得到目前常用的太阳电池电路材料中银互联材料和聚酰亚胺膜对原子氧环境较为敏感。采用20μm的可伐互联片及50μm的银互联片样品,开展原子氧试验研究。试验结果表明:在原子氧总通量为1.7×1022 atoms/cm2以下时,可以选择银互联片作为连接介质,不会因为原子氧侵蚀对互联片产生危害。当原子氧总通量为2.5×1022 atoms/cm2以上时,可以考虑采用可伐互联片。文章的研究结果可为适用于高原子氧总通量的太阳电池电路互联片设计提供依据。     

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。     

红蓝光敏探测器空间环境效应探测数据分析

红蓝光敏太阳电池空间环境效应探测器利用镓铟磷和三结砷化镓太阳电池来探测空间污染、原子氧和辐射环境及效应,搭载在中国空间技术研究院自主研制的“新技术验证一号”卫星上。文章通过分析红蓝光敏探测器在轨1年时间的探测数据,得到如下结论：红蓝光敏探测器污染电池板功率下降2.7%,等效污染累积增加量2.23×10^-5 g/cm^2,日均6×10^-8 g/cm^2;原子氧探测器在轨道高度499.226 km运行11个月,原子氧积分通量探测数据为9.7×10^20 AO/cm^2;辐射效应探测器（三结砷化镓太阳电池）在轨1年后累计接受辐射剂量（等效1 MeV电子注量）5.49×10^11 e/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。     

航天器的原子氧防护

在近地轨道飞行的航天器上的材料将会由于与大气层中的原子氧发生反应而损耗。对于在轨道上停留时间较长的空间站而言,原子氧防护将成为一个关键性问题。本文报道了美国航天飞机有关材料暴露试验的结果,表明材料损耗随原子氧通量而变化,与大气密度等多种因素有关。同时也指出了研制氧原子防护涂层的必要技术途径。     

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。     

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。     

真空紫外对原子氧环境下S781白漆 性能影响的研究

文章利用AOBISEE设备对S781白漆分别进行了单一原子氧环境试验、真空紫外与原子氧递次试验以及原子氧与真空紫外综合辐照试验研究。试验研究中原子氧的积分通量为3.5×1019 atom/cm2,真空紫外辐照剂量为200 ESH;试验前后用高精度微量电子天平和TEMP 2000A便携式热发射率测试仪分别对样品的质量和热发射率进行了测试。通过测试及分析,发现原子氧与真空紫外综合环境对S781白漆产生了协和效应。S781白漆在经原子氧与真空紫外综合环境作用之后质量损失显著增大,3种不同环境试验对S781白漆的热发射率影响不明显。在辐照剂量范围内,S781白漆的真空紫外与原子氧递次试验不能替代原子氧／真空紫外综合辐照试验。     

月球着陆环境模拟试验装置的研制

伽马关机敏感器是保证月球着陆器稳定着陆的重要设备,在发射前,须在模拟环境中进行准确的标定测试。月球着陆环境模拟试验装置则是为伽马关机敏感器的准确标定提供试验环境的重要装置。月球着陆环境模拟试验装置由真空容器、真空获得系统、三维着陆模拟系统、模拟月壤环境、场景监视系统以及测控系统组成。该试验装置不仅可以用于伽马关机敏感器的标定试验,而且能够用于月球着陆器的着陆模拟试验。     

ITO/Kapton/Al薄膜材料空间微小碎片与原子氧综合作用试验研究

空间微小碎片与原子氧作用对带防护涂层材料的性能有较大影响。文章针对ITO/Kapton/Al薄膜进行了微小碎片与原子氧综合作用的试验研究。结果表明:微小碎片与原子氧作用后,薄膜表面损伤严重,质量损失明显;综合作用和单独碎片撞击造成材料太阳吸收比的退化程度一致;综合作用造成ITO/Kapton/Al表面In、Sn含量降低,C含量低于单独碎片作用样品。     

基于相关性理论的空间遥感器结构模型修正

基于相关性理论建模方法,对空间遥感器进行仿真模态和试验模态的相关性分析。并通过关键参数的灵敏度分析和优化,实现了对遥感器有限元模型的修正。验证了相关性理论应用在遥感器结构动力学模型修正方面的可行性。     

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。     

三硅醇苯基POSS复合聚酰亚胺薄膜的制备与抗原子氧侵蚀性能研究

低地球轨道上运行的航天器表面材料尤其是聚合物材料极易受到原子氧侵蚀。以三硅醇苯基笼型聚倍半硅氧烷（TSP-POSS）为填料,以PMDA-ODA型聚酰亚胺（PI）为基体,通过机械共混法制备一系列复合薄膜,系统研究TSP-POSS的引入对复合薄膜耐热性能、光学性能以及抗原子氧侵蚀性能的影响。结果表明:TSP-POSS与PMDA-ODA型聚酰胺酸（PAA）具有良好的相容性,复合溶液均匀,储存稳定性优良;PAA/TSP-POSS复合溶液热酰亚胺化后形成的PI/TSP-POSS复合薄膜在TSP-POSS含量（质量分数）低于25%时可保持良好的均匀性;TSP-POSS的加入可在一定程度上提高复合薄膜的光学透明性,且对复合薄膜耐热性能的影响较小;引入TSP-POSS可以显著提高PMDA-ODA薄膜的抗原子氧性能,经受累积注量达4.02×1020 atoms/cm2的原子氧侵蚀后,TSP-POSS含量为25%的复合薄膜的原子氧剥蚀率为2.2×10-25 cm3/atom,仅为不含TSP-POSS薄膜的7.33%。     

光学镜头性能测试用深低温降温系统设计及验证

单镜组件是遥感器的关键部件,在深低温真空环境下对其进行面形测试和稳定性测试,是获取测试数据和验证其结构设计正确性的必要手段。文章针对某单镜组件地面验证试验需求,建立真空环境下低温镜头深低温背景,采用GM制冷机机械降温技术,对温控系统进行设计、研制以及模拟试验,实现了产品在(60±1) K、(160±1) K、(200±1) K的控温指标以及60～300 K的控温区间。该降温系统为遥感器光学镜头在深低温环境下完成面形测试和稳定性测试提供了重要保障。     

一体式石英振梁加速度计工程化研究进展

一体式石英振梁加速度计是一种高精度谐振式MEMS惯性传感器。针对现有石英振梁加速度计存在的体积大、全温及力学环境适应性不足等问题,提出一种基于三层石英结构的一体式石英振梁加速度计的设计方案。通过突破高精度薄梁腐蚀及晶圆级键合两项关键技术,成功研制出加速度计样机。经测试,产品全温稳定性优于0.5mg,振动整流误差优于200μg/g^2(@15.68g rms),可以满足中高精度惯性导航应用需求。后续期望通过原位温度补偿及直接键合等技术进一步提升一体式石英振梁加速度计的全温精度及长期稳定性。     

温控白漆原子氧、紫外综合环境效应退化影响初步研究

文章主要介绍了对S781、SR107-ZK两种国产温控白漆进行地面单一原子氧环境、原子氧/紫外综合环境效应模拟试验的情况.试验条件为短期环境暴露试验,原子氧积分通量、紫外辐照积分量按照STS-8轨道条件设计.采用SEM、XPS、光谱计、微量天平等对试验前后的样品进行了表面形貌、表面成分、太阳吸收率、质损分析,对这两种国产温控白漆原子氧、紫外环境效应退化规律有了初步认识.