国外低吸收辐射比有机温控涂层发展概况

长期以来,低吸收辐射比有机温控涂层是人们着重研究的一类重要的卫星被动温控涂层,这类涂层应具有低的太阳吸收率α_s,以及高的热辐射率ε_n,即涂层必须有低α_s/ε_n值。而旦,涂层在宇宙环境中应保持该性能的长期稳定性。本文概述固外低α_s/ε_有机温控涂层的研制情况。     

低太阳吸收率加成型有机硅热控涂层的研制

为了制备低αs/εh值热控涂层，必须选择合适的粘料。系统研究了组成对加成型热控涂层性能的影响，探讨了颜料与粘粒配比、含氢硅油种类、乙烯基硅橡胶种类、Si－H与CH＝CH配比、涂布方式等对热控涂层太阳吸收率（αs）、红外辐射率（εh）及αs/εh影响规律。     

低αs有机硅热控涂层及其空间防护作用研究

介绍了三种有机硅热控涂层的组成、工艺及性能，井讨论了影响涂层稳定性的因素。用LAMBDA—9分光度计和扫描电镜(SEM)对在模拟原子氧(AO)环境中的有机热控涂层太阳光吸收率(αs)的变化和防护作用进行表征研究。结果表明，这些涂层均有良好的空间稳定性，对AO辐照有较强的防护效果。该研究建立了空间材料新的防护体系。尤其是9—5涂层的αs最低，性能最优越。     

高吸收、高辐射有机黑漆涂层

为制得高太阳光吸收率(α_s)、高红外辐射率(ε_n)的涂层,作者系统地研究了有机硅聚合物、有机氟聚合物、环氧树脂和聚氨酯等十多种有机材料的ε_n值;还研究了由高色素碳黑、氢黑和空氢黑等十几种颜料所制成涂层的α_s及ε_n值。此外,在涂层中加入消光剂硬脂酸铝和白碳黑制得了一些涂层,有的涂层外观呈平绒布状。在波长235-2597nm范围内的α_s在0.93—0.95之间。在327K下的ε_n值为0.96-0.97之间。对涂层在373-77K的突变性能、耐真空紫外辐照性能和耐粒子辐照性能,文中一一做了介绍。性能试验证明:这些涂层在空间或地面都可使用,性能上达到了用美3M-101-C10Velvet黑漆做成涂层的性能,是一些较好的抗反射、高辐射涂层。     

CEA型光学阳光反射镜的研制

光学阳光反射镜(Optical Solar Refector简称OSR)是一种组合结构体,它是由性能截然相反的两种材料组合而成。一种材料具有良好的光反射能力且有很高的电导率,另一种材料则有极好的透过率且是绝缘体。将具有适当性能的材料匹配组合,可使它们具有所要求的优异性能。其主要特点是:α_s/ε_H值较低,在真空热震,长期真空紫外辐照,高能粒子辐照等宇宙空间环境下,涂层性能稳定,宜作长期飞行卫星的外表温控涂层。在本文中,讨论了CEA型光学阳光反射镜(以下简称为铈镜)的构造原理、光性、空间稳定性、加涂工艺、粘贴方法以及工艺因素对某些性能的影响。     

模拟地球同步轨道辐照环境对光学太阳反射镜性能的影响

研究了模拟地球同步轨道辐照环境对卫星用温控涂层-光学太阳反射镜(OSR)性能的影响。对所研制的两类OSR 片进行的辐照试验项目有,真空紫外辐照、低能电子和两种能量的质子辐照。此外还进行了等离子体环境条件下的表面充/放电效应试验。经过相当于安装在地球同步轨道卫星南北极位置处,在空间七年所受到的电子、质子和紫外辐照总剂量的辐照后,导电型OSR 的太阳光谱吸收率α_s 由0.068增加到0.078,法向发射率ε_n 由0.83降低到0.72;而非导电型OSR的α_s 由0.066增加到0.085,ε_n 由0.82降低到0.76。表面充/放电试验的结果表明:导电型OSR 的充电电位仅在15～40V 之间,而非导电型OSR 的充电电位则可高达13kV。因此导电型OSR能有效地控制表面的充/放电现象。     

氧化物涂层对航天器材料原子氧剥蚀的防护

采用磁控溅射方法在航天器常用材料聚酰亚胺(Kapton)表面沉积无机氧化物涂层(TiO₂和SiO₂),来提高材料的抗原子氧剥蚀性能.通过选择试验材料和参数,优化了沉积涂层的工艺,以克服容易产生裂纹的缺点.对材料进行了原子氧效应地面模拟试验,结果表明,在Kapton上沉积涂层后,质量损失下降了2个数量级.另外,有涂层的Kapton表面基本没有变化并且没有出现裂纹.其中,TiO₂由于热膨胀系数更接近Kapton,比SiO₂的防护效果更好.     

航天器表面材料充电性能研究—关于RTV-Ⅱ和13-17涂层的评价

本文报道了RTV-Ⅱ黑漆和13-17白色涂层二种航天器温控材料的电导在综合空间环境条件下的实验结果。实验表明RTV-Ⅱ涂层材料的电导从1984年到1986年,几乎每年下降一个量级,因而充电状态明显改变。13-17涂层材料的电导对空间真空环境响应不明显,但对电子辐照和光辐照响应显著,尤其对光辐照存在强烈的记忆效应。预测该涂层在轨道上由光照区进入星蚀区也不会出现明显充电现象。     

实验室模拟真空紫外辐照设备

人造卫星温控涂层研制中必须建立真空紫外辐照模拟设备.我组实验室制造的设备用旋片式机械真空泵、油扩散泵和在真空室前再加液空冷阱造成系统10~(-6)乇真空,选用GGZ-300高压汞灯作光源,光源和试件都放在真空室中.该设备具有简便实用的优点.另外还可以用于其它一些宇航材料的模拟真空紫外辐照试验,如人造卫星上的太阳电池和结构材料等.测量温控涂层在真空紫外辐照前后的太阳吸收率和热辐射率,根据它们的变化确定材料受辐射的影响.文中列出经真空紫外辐照不同阶段的五种不同温控涂层性能变化数据.     

原子氧对航天器表面材料作用的数值模拟

对氏地球轨道环境对航天器表面材料的影响和航天器表面材料的低地球轨道环境寿命评定方法进行了介绍;并对低地球轨道环境和地面试验环境下,有无保护涂层的业胺所受冲蚀作用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。该工作对航天器的设计具有指导意义。     

一种基于太阳震荡时间延迟量测的自主天文导航方法

太阳震荡可以在短时间内引起太阳光强度和光谱线心波长的剧烈变化,通过探测太阳光强度和光谱线心波长并记录时间,可以获得直接接收的太阳光到达时间和经天体反射的太阳光到达时间之间的时间延迟,可以利用时间延迟作为量测量提供航天器的位置信息。提出了一种基于太阳震荡时间延迟量测的自主天文导航方法;建立了基于时间延迟的隐式量测模型,并应用了IUKF方法。仿真结果表明：本文所提出的导航方法,应用在转移轨道上的位置误差和速度误差分别约为3.55 km和0.077 m/s,环绕轨道分别为1.76 km和1.57 m/s。同时也研究了3种因素对导航性能的影响。     

挠性航天器姿态机动的变论域自整定模糊PID控制

建立了带有太阳翼的挠性航天器的姿态动力学模型,应用改进的罗德里格参数来描述姿态运动学模型。针对挠性航天器模型参数不确定性和环境干扰等问题,提出了变论域自整定模糊比例积分微分(PID)控制方案,构建了计算简单并且可以达到控制精度的伸缩因子。基于Matlab/Simulink进行了仿真验证,结果表明,变论域自整定模糊PID 控制响应速度比传统PID控制、模糊PID控制快350s,且无超调,不仅能够使航天器完成对目标姿态的机动,而且能够有效地抑制挠性太阳翼的振动。     

航天器在太空会不会被冻“感冒”?

<正>航天器在太空环境中运行会遇到高温和低温两种环境。因为太阳是一个巨大的热源,而在太空的真空环境中无法进行传导与对流散热,所以在太阳直接照射到航天器时,如果不加防护,其温度可达100℃以上;但当航天器进入地球或地外星球阴影区时,温度又会低于-100℃以下。显而易见,航天器内的各种仪器设备不可能在如此大的温差环境中正常工作。另外,所绕星球的太阳光反射和红外低温辐射也会影响航天器温度;航天器内的仪器设备工作时还要向外散发热量。为此,航天器要有热控制(或叫温度控制)分系统,把航天器内温度控制在仪器设备可以正常工作的温度范围内。     

太阳帆航天器编队维持和重构的方法研究

针对高面质比航天器可以利用太阳光压进行轨道控制的特点,本文提出一种太阳帆航天器编队构型维持和重构的方法.该方法通过控制主从航天器太阳帆姿态角和反射系数,调整主从航天器之间的光压差,产生抵消编队成员间相对运动受到摄动差或进行轨道机动时所需的连续小推力,从而实现编队构型的维持和重构.仿真结果表明,在主航天器太阳帆的姿态角和反射系数相对固定的条件下,对于太阳同步轨道上的高面质比太阳帆航天器编队,使用滑模控制方法,能够调整编队中从航天器太阳帆的姿态角和反射系数产生推力抵消摄动力影响,达到长期维持太阳帆航天器编队构型的目的;通过开环控制方法,能够调整编队中从航天器太阳帆的姿态角和反射系数产生连续小推力,在较长时间周期内实现编队重构.     

基于压电纤维复合材料的航天器动力学建模与振动抑制

压电纤维复合材料(MFC)在柔性航天器的振动主动抑制中具有很好的应用前景。利用哈密顿原理和压电驱动的载荷比拟方法,建立了带MFC压电驱动的离散形式的刚柔耦合动力学方程,采用线性二次型最优控制(LQR)算法进行主动控制。结果表明：在航天器的柔性体受到脉冲载荷激励条件下,使用MFC驱动器可以实现航天器挠性振动的快速抑制,并且同时保持中心刚体姿态的稳定性,即能够实现挠性振动与姿态运动的协同控制。基于MFC的主动控制方法对于高频响应也具有较好的控制效果。对于柔性占优的航天器,采用MFC的主动控制优于被动控制。本文方法在处理具有复杂柔性体的航天器时更具优势,更适合于工程应用。     

小型钛泵在真空—紫外辐照试验中的应用

为了解决放气量较大的涂层试验问题,建立了小钛泵真空-紫外辐照装置。本文描述了设备,操作过程,最初三次试验的情况及结果。根据试验结果,讨论了几种温控涂层的抗真空-紫外辐照性能;观察了辐照后试样放入大气中引起涂层△_α的“回复”现象;还发现了重抽真空后涂层△_α又有“回升”的现象。     

铝热合成FeNiCr/NiAl-TiC涂层的时效研究

用铝热反应合成工艺在钢管内表面制备出了FeNiCr/NiAl-TiC复合涂层.用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)和透射电子显微镜(TEM)等分析手段研究了涂层显微结构以及固溶时效对FeNiCr/NiAl-TiC涂层显微结构的影响.研究表明,FeNiCr/NiAl-TiC复合涂层由TiC,NiAl,α-FeNiCr三相组成,晶粒细小,合金基体由α-FeNiCr和NiAl两相组成,其中NiAl相尺寸约为100nm.经过固溶时效,物相组成不变,TiC形态和尺寸稳定,α-FeNiCr基体中NiAl相的尺寸约为400nm,时效后NiAl和α-FeNiCr仍保持共格关系.      

低轨道航天器的表面充电模拟

为研究航天器表面材料在空间环境中的充电现象, 利用SPIS (Spacecraft Plasma Interaction System)模拟了航天器在低轨道等离子体环境中的表面充电情况, 通过对模拟结果进行分析并与实际观测进行比较, 可以看出模拟结果基本能够反映出不同性质材料之间的充电差别, 特别是导电材料与非导电材料之间的充电差别. 模拟得到的充电电位及充电时间与充电的一般理论计算结果符合较好, 且能够清晰反映出航天器运动中产生的冲击流及尾流的结构特征. 根据SPIS低轨道航天器表面充电模拟的特点, 认为SPIS的模拟结果是合理的.      

比冲就是喷流速度

《中国大百科全书·航空航天卷》给比冲下的定义是 :“火箭发动机单位重量(力 )推进剂产生的冲量 ,或单位重量(力 )流量的推进剂产生的推力 ,又称比推力。比冲 Is=F/ W(s) ,式中 F 为推力(N) ,W为重量 (力 )流量 (N/ s)。也有使用质量流量的 ,则比冲的单位为 m/ s或N· s/ kg。”同书给出的齐奥尔科夫斯基公式为 :v =w lnm0mk式中　 v为速度增量 ,w为喷流相对火箭的速度 ,m0 和 mk分别为发动机工作开始时和结束时的火箭质量。在航天器设计中经常用到的、根据速度增量需求估算推进剂携带量的公式为 :Mp =M0 1- eΔVw式中　Mp、M0 分别…     

一种面向航天器发动机的新型铌钨合金制备及其抗氧化涂层设计

航天器发动机的热端材料选用高温合金并增加防护涂层是当前主要发展趋势.随着空间探测技术的高速发展,针对航天器发动机推重比和工作温度提升的应用需求,提出一种面向航天器发动机的新型铌钨合金制备及其抗氧化涂层设计.通过控制Nb,W,Zr及其他元素配比,调节C含量进行烧结,利用电子束炉熔炼得到具有优良高温力学性能的新型铌钨合金Nb521-1.以Nb521-1合金为基体,通过料浆熔烧法获得硅化物涂层,利用截面微观形貌分析涂层结构,并对制备的涂层进行高温测试,测试结果显示在1700℃下涂层静态抗氧化寿命超过50h,1800℃下静态抗氧化寿命超过9 h,室温至1600℃热循环寿命大于2500次,达到抗高温氧化的要求,产品已成功应用于各类航天飞行器发动机.