样品温度对原子氧环境下ITO/Kapton/Al涂层性能变化的影响

文章利用原子氧环境地面模拟设备对航天器用材料ITO/Kapton/Al开展了原子氧环境试验研究。研究中选择的原子氧积分通量为9.1×1019 atoms/cm2,试验真空度为10-2 Pa量级,样品温度分别选取为25℃、70℃、100℃、120℃和150℃,研究样品温度对原子氧环境模拟试验可能造成的影响。试验后利用高精度微量电子天平对样品进行了质量损失测试并计算了材料的反应率,利用TEMP 2000A便携热发射率测试仪和LPSR 300便携光谱太阳吸收率测试仪分别对样品的发射率和太阳吸收比进行了测试。通过试验及分析发现:ITO膜对基底材料的保护较好,材料在试验后质量损失较少,原子氧反应率较低;样品温度的变化对ITO/Kapton/Al材料的质量损失影响较小,但对材料的热物理性质影响较大。     

极轨航天器多层外表面充放电效应试验研究

利用空间带电粒子辐照试验台进行了太阳同步轨道航天器多层组件表面充放电试验,研究了常规与导电型(带ITO镀层)两种Kapton/Al薄膜在受到带电粒子辐照后的充放电情况和外观变化情况。试验结果表明,对于在近极地轨道运行的航天器,带ITO镀层的导电型Kapton/Al薄膜能够有效释放电荷、降低多层组件外表面对航天器地的电位差,本身不会形成放电损伤,比常规Kapton/Al薄膜更适合作为航天器多层外表面热控涂层。     

航天器薄膜材料在原子氧环境中退化研究

文章对Kapton材料及镀膜Kapton材料进行了原子氧环境实验研究。通过采用SEM、XPS、光谱计、微量电子天平、高阻计对实验前后的样品进行了表面形貌、表面成分、太阳吸收率、质损、表面电阻率的分析和表征,对于Kapton材料及镀膜Kapton材料在原子氧环境效应下的退化规律有所认识。     

含磷聚酰亚胺薄膜在原子氧环境中的降解研究

文章考察了自行合成的含磷聚酰亚胺（PI）薄膜在模拟原子氧环境中的降解行为。扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）等测试结果表明:在原子氧辐照过程中,含磷PI薄膜表面的磷元素与氧元素含量增加,原子结合能也增大,意味着在PI表面形成了含磷钝化层。该钝化层进一步阻止了PI次表面层被侵蚀,使含磷PI薄膜表现出了抗原子氧侵蚀能力,其在模拟原子氧环境中的质量损失率远低于Kapton薄膜。     

防静电Kapton二次表面镜的电子辐照效应

文章研究防静电Kapton二次表面镜（ITO/Kapton/Al）在不同能量电子辐照后,太阳吸收比退化情况,并利用X射线光电子能谱仪（XPS）和扫描电子显微镜（SEM）对样品表面的成分和形貌进行了分析。结果表明,相同电子注量下,电子能量越高,对样品的太阳吸收率退化作用越大;电子辐照对样品表面形貌影响不大,但是会降低表面氧化铟锡的含量;不同能量的电子对样品表面成分的损伤效应是一致的。     

Kapton抗原子氧侵蚀的Al2O3涂层研究

在原子氧侵蚀地面模拟设备中对Kapton和利用反应溅射制备的Al2O3涂层进行了原子氧暴露实验，并采用XPS和SEM等分析手段对暴露前后试样表面的物理和化学变化进行了研究。结果表明，Kapton试样遭受了严重的侵蚀，质量损失较大；Al2O3涂层质量变化很小，对基体提供了良好的保护作用。XPS分析结果表明，Kapton的羰基与原子氧作用时形成CO2，随后CO2气体脱附。反应溅射的Al2O3涂层是富Al的，初始暴露时由于氧化反应而质量有少许增加，随时间延长，涂层变得完全符合化学计量。     

原子氧防护涂层的研究

空间材料暴露在原子氧环境中,材料表面会受到原子氧的攻击造成表面衰退,引起材料氧化和质量损耗,甚至会导致材料失效,从而减少飞行器寿命,研究发现:大多数聚合物和复合材料对原子氧敏感;金属中的银、锇易被氧化,这主要是有机物多含碳、氢、氧、氮等元素,它们具有较高的反应效率,生成挥发物;银、锇的反应速率快,通常生成氧化物,能够观察到宏观变化。因此,对飞行器上常用的材料进行防护是十分必要的,不同的材料有不同的防护方法,本文主要介绍了常用Kapton、石墨/环氧树脂等结构材料的防护,对功能材料如光学材料、热控涂层等的防护也作了介绍。研究表明:材料的氧化多发生在粗糙表面,而均化层的利用可覆盖材料表面的凸起和裂缝,提供光滑的表面。此外,文章还对涂层厚度与原子氧通量的关系、涂层厚度与产生的表面缺陷形状的关系作了定性分析和讨论。     

远紫外辐射下Kapton/Al薄膜材料的力学性能研究

薄膜材料在探测器中有着重要的应用,在深空辐照环境下,其力学性能将发生较大的变化。文章首先介绍了薄膜材料在航天器中的应用,接着对Kapton/Al薄膜材料空间远紫外辐照下的力学性能进行了研究。研究发现:随着拉伸速度增加,薄膜的抗拉强度和断裂伸长率随着拉伸速度的增加而降低;随着远紫外曝辐量的增加而呈线性减小;远紫外辐照下薄膜材料分子键出现断裂和交联,C―CO和C―N键断裂并发生脱氧和脱氮,C-H基团相对含量增大的主要原因是薄膜力学性能降低。     

固体材料的空间环境摩擦试验

为了开展在模拟空间环境下材料摩擦学性能的研究,利用自行研制的空间环境摩擦试验装置,进行了几种固体材料在超高真空、交变温度和辐照（原子氧、紫外）等环境下的摩擦试验。试验结果表明:与大气环境下相比,PTFE、PI、MoS₂/PI粘结涂层和离子镀Ag薄膜在≤5×10-4 Pa真空环境中的摩擦系数发生了明显变化;高低温对离子镀Ag薄膜在真空中的摩擦系数有显著影响,而对溅射MoS₂薄膜的摩擦系数影响不明显;原子氧和紫外辐照导致PI、Kapton、PTFE和MoS2/PI粘结涂层等的真空摩擦系数显著改变。     

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。     

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。     

MOS电容型微小空间碎片探测器探头研究

MOS电容传感器具有结构简单、可靠、功耗小等优点,在国外已被成功用于微小空间碎片在轨探测,但国内开展的相关研究还较少。文章在对MOS电容传感器探测微小空间碎片原理及过程进行分析的基础上,基于ADS软件建立了传感器电路模型,确定了影响传感器探测性能的关键参数,完成了传感器的设计及研制,进而研制了阵列式探头。最后对阵列式探头成功开展了地面高速微粒撞击试验,探头在经过了数十次高速微粒撞击后,仍能对高速撞击事件进行测量,初步验证了使用该探头开展在轨微小空间碎片探测是可行的。     

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。     

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。