原子氧对航天材料的影响与防护

文章综述了低地球轨道（LEO）中原子氧（AO）环境对航天材料影响的研究现状。首先介绍AO对材料的危害及作用机制等。然后重点阐述了国内外学者关于AO与Al、Ag、Cu、Ni等金属材料以及半导体材料作用的研究成果。最后总结了AO的防护方法,及其对不同材料抗AO侵蚀能力的改善结果。     

The mass loss of spacecraft polyimide films under the action of atomic oxygen and vacuum ultraviolet radiation

The threshold values of the annual fluence of atomic oxygen (F _AO ≈ 10²⁰ cm^?2), as well as the ratios of the energy-flux density of vacuum ultraviolet radiation of the solar spectrum to the flux density of atomic oxygen (Φ _ν /Φ _AO ≈ 8 × 10^?15 mJ) were determined, which are characterized the influence of the synergistic effect on the mass loss of Kapton-H, PM-A, and PM-1E polyimide films, which are spacecraft materials.     

原子氧对航天器热控材料影响试验研究

原子氧对航天器热控材料的影响是航天器热控设计必须考虑的因素之一。文章对航天器舱外常用热控涂层和外用复合膜两类材料进行了地面原子氧及原子氧+远紫外辐照试验,试验获取了不同原子氧积分通量下涂层和复合膜的影响数据,并对热控材料实施部位性能退化的关系进行了分析,研究结果将为航天器热控设计与分析提供数据支持。     

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。     

航天器发动机羽流对太阳电池板力及热效应仿真

文章将差分求解N-S方程与DSMC方法相结合,研究了航天器单台发动机连续工作时的真空羽流对航天器太阳电池板的力效应和热效应。通过求解N-S方程,获得发动机喷管的内流场;再以内流场计算结果作为模拟粒子入口边界条件,应用DSMC方法,在并行计算机平台上进行三维羽流场和力及热效应计算,得到航天器单发动机连续工作情况下羽流场对太阳电池板的力效应和热效应。文章以太阳电池板处于斜45°状态为例,对仿真结果进行了分析。     

航天器太阳电池阵电性能测试技术

文章介绍了航天器太阳电池阵电性能技术指标,分析了影响测试的技术条件,如光谱、光照强度、温度、标准太阳电池、光照均匀度、光照稳定度、测试系统等。文章还介绍了脉冲式太阳模拟器的工作原理,提出了在航天器太阳电池电性能测试方面的发展方向和今后要解决的技术问题。     

空间原子氧环境对太阳电池阵的影响分析

空间原子氧是危害低地球轨道（LEO）航天器在轨性能的最主要空间环境因素之一,其强氧化性能够对包括太阳电池阵在内的航天器外表面暴露材料和组件造成危害。文章分析了某载人航天器在轨原子氧环境、原子氧对不同结构太阳电池阵所用材料的影响以及对太阳电池阵组件电性能的影响,结果表明原子氧对材料的作用能够引起太阳电池阵基板强度降低、电连接可靠性下降及电缆线护套失效等风险,材料的损伤会导致太阳电池组件电性能的下降。鉴于以上结果,作者建议在今后LEO长寿命航天器太阳电池阵研制中,应对原子氧环境条件进行详细设计;同时开展组件级试验,以对电池阵原子氧防护设计的有效性进行验证。     

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。     

原子氧、紫外辐照对锦纶材料力学性能影响试验研究

航天器在低地球轨道运行期间,空间环境中的原子氧与紫外辐照均会对非金属材料的力学性能造成影响。文章以锦纶材料为研究对象,探讨锦纶材料2种缝制结构形式在原子氧与紫外辐照协同作用下的力学强度性能变化,试验结果表明：在紫外辐照作用下材料会发生明显的褪色;紫外辐照和原子氧均会降低锦纶材料的断裂强力;原子氧与紫外辐照协同作用对单层锦纶材料的力学性能破坏具有加强效果;紫外辐照对多层锦纶材料的穿透性弱;经向结构缝制试验件的力学性能表现更优。     

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     

Temperature,atomic oxygen and outgassing effects on dielectric parameters and electrical properties of nanostructured composite carbon-based materials

This work deals with the dielectric properties of carbon-based nanostructured polymeric composite materials. A commercial epoxy matrix is currently filled with multi-walled carbon nanotubes in different percentages, and final composite material characterized in terms of microwave behavior by means of the waveguide method. By following the guidelines of previous studies, the attention is focused on the changes induced by hard environmental conditions (high temperature in ultra-high vacuum system) on the above mentioned properties. The results obtained in this preliminary research have outlined the intriguing properties of carbon nanostructures, establishing themselves as very promising materials for the future aerospace composite technology.     

Long-term variations of asymmetry of the solar magnetic field and geometry of the interplanetary magnetic field

A comparative analysis of variations of the mean solar magnetic field and the interplanetary magnetic field over all history of their measurements is performed. Asymmetry of the solar magnetic field and its manifestation in the heliosphere is investigated. Long-term variations of the solar magnetic field and the heliosphere, which manifest themselves in alternation of dominating magnetic polarities of different sign, are discovered. On the basis of the analysis of cumulative sums of the IMF components, long-term variations of the IMF geometry and of the solar wind spiral angle are found. The cumulative sum of the IMF B _z component perpendicular to the ecliptic plane also shows long-term variations. Time intervals are revealed, in which negative values of the IMF B _z component dominate, and an increased geomagnetic activity is observed.     

An alternative algorithm for the spacecraft information system with magnetometer and solar sensor

The possibility of identification of motion parameters of a low-orbit spacecraft using readings of a three-axis magnetometer and solar position sensor, without integration of the Euler’s dynamic equations or direct measurement of the object’s angular velocity, is considered.     

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。     

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。     

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%。     

A method for calculating the resistance of spacecraft design elements under the action of space debris particles

In this paper, the problems of the application and development of models of space debris when designing means of the anti-meteorite spacecraft protection are considered. The developed method enables us to calculate the resistance of design elements based on the conjugation of a modified spatial model of the distribution of space-debris particles and ballistic limit dependences for a calculated element.     

原子氧环境对石英晶体微量天平性能影响的分析

随着高可靠、长寿命航天器的发展,对在轨污染检测的要求也越来越高。石英晶体微量天平是分子污染检测的重要工具,为了分析了解原子氧对石英晶体微量天平的影响,文章用理论分析和试验的方法对石英晶片在1×1020 atom/cm2注量的原子氧辐照条件下的性能变化进行了研究。试验证明,石英晶体微量天平在总注量1020 atom/cm2量级的原子氧辐照后,其振荡频率和等效阻容感发生了一定变化,但仍具备污染传感能力和频率输出能力,其功能不受影响。