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。     

高重复频率DPL激光辐照光学薄膜元件温升规律实验研究

光学薄膜是激光系统中最易损坏的薄弱环节。在高重复频率脉冲激光辐照下光学薄膜表面温度急剧上升,导致膜层应力、结构发生变化,最后出现宏观的灾难性损伤。文章采用红外热像仪实时测量了重复频率10 kHz 的DPL脉冲激光辐照下光学薄膜元件表面激光辐照中心点的温度变化,分析了影响薄膜元件温度变化的众多因素。结果表明,采用热导率较大的材料作基板的薄膜样品表面的温升较低;基板厚度越大的薄膜样品表面温升越低;薄膜表面激光辐照中心点的温度与样品的吸收峰值功率密度呈线性关系。     

193 nm紫外激光对单晶硅的损伤特性研究

主要开展了193 nm紫外激光对单晶硅的损伤实验,观察分析了材料表面的损伤形貌,建立了193 nm紫外激光损伤单晶硅的理论模型,计算分析了材料的温度场及应力场分布,讨论了损伤形貌及损伤机理。研究结果表明：193 nm紫外激光对单晶硅的损伤机理主要为热力耦合效应,硅材料表面产生严重的熔融烧蚀和裂纹状的应力损伤,计算得到193 nm紫外激光对单晶硅的熔融损伤阈值为0.71 J/cm²、热应力损伤阈值为0.42 J/cm²。     

基于Lamb波结构损伤诊断的边界反射效应控制方法

提出一种基于Lamb波结构损伤诊断技术的边界反射效应控制方法。首先利用结构几何形状的对称性,合理设计STMR阵列的布置形式和信号收发策略;然后通过将对称位置获得的传感信号相减,来消除边界反射效应对损伤诊断结果的影响,从而实现边界附近损伤和缺陷的准确识别检测。仿真分析结果表明:该方法不仅可提高结构损伤诊断的精度,有效克服目前基于Lamb波的结构损伤诊断技术存在检测盲区的缺陷,而且操作简单,不需要进行复杂的数值计算,因而在实际工程应用中具有更好的发展前景。     

月壤含水特性原位快速预判传感器设计与验证

基于月壤和水冰对不同谱段近红外激光存在吸收/反射差异性的特点,提出了采用多模近红外激光光强差异反演月壤含水特性的水冰原位快速预判方法。通过发射/接收光路同轴设计及多模激光光路分时复用设计,实现了多模激光光学系统轻小型化设计,研制出基于多模近红外激光的月壤水冰原位快速预判传感器工程样机,并开展了针对低含水率极区模拟月壤的含水特性原位预判试验。试验结果表明：该传感器水冰检测限可达0.39%,单次预判时间可优于1 s,光斑直径@检测距离为5 cm@500 mm,传感器具备对地面模拟月壤含水特性进行原位快速预判的能力。     

重复频率脉冲激光辐照下光学薄膜元件 温升的有限元分析

文章采用有限元ANSYS程序分析了在重复频率脉冲激光辐照下光学薄膜元件表面的温度变化。结果表明激光脉宽相同时,重复频率越高,相同辐照时间薄膜元件表面温度累积就越大;占空比一样时,脉宽越大,相同辐照时间元件温升越高。重复频率表现出来的只是温度的累积效果,脉宽的影响效果远大于重复频率引起的温度累积。     

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。     

空间发动机激光焊功率阈值研究

对空间发动机模拟件进行了激光焊功率阈值研究,结果表明:焊接速度、离焦量、光束质量、保护气体等工艺因素均与阈值区间有关,阈值区间与焊接速度和离焦量成正向关系,光束质量对阈值区间的影响需要用焊接试验的实测值来确定,保护气体成分对YAG激光焊的阈值区间基本没有影响,但吹送方式和流量对阈值区间有明显作用。在空间发动机激光焊功率阈值的理论研究与工艺试验基础之上得到了最优激光焊工艺规范,采用该规范焊接的产品已通过了飞行试验考核,由此表明:空间发动机激光焊功率阈值研究的结果是正确、合理和有效的。     

聚四氟乙烯表面改性氟橡胶的热空气老化研究

本研究为了增加氟橡胶的化学稳定性和服役寿命,采用聚四氟乙烯(PTFE)薄膜覆膜法对氟橡胶进行了表面改性,并对覆膜前后的氟橡胶进行了150℃热空气老化实验,比较了覆膜对氟橡胶性能的影响,结果表明:覆膜与未覆膜橡胶的拉伸强度及弹性均随高温曝露时间的延长呈现下降趋势,但覆膜橡胶的老化程度远远小于未覆膜橡胶,抗老化能力提升约1倍,PTFE薄膜有效阻隔了热氧气与氟橡胶的接触,可以有效提升氟橡胶在高温环境下的力学性能和服役寿命。     

航空侦察中使用离轴3镜式反射光学元件的多光谱传感器

文章描述了地基多光谱传感器的设计与试验,该传感器使用离轴3镜反射光学元件作为成像光学元件,使用分光镜划分谱段。离轴3镜光学元件可在宽视场范围内提供一个光谱范围宽、空间分辨率高的无遮挡视场。3镜式像散透镜由2个非球面镜和一个球面镜组成,设计构成远心焦平面。分光镜将光谱范围划分为3个可见光谱段、1个近红外谱段、1个中波红外谱段、1个长波红外谱段。中继光学元件用于调整红外放大系数。CCD探测器上具有10000个元件用于可见光和近红外谱段,碲镉汞(HgCdTe)线列上具有960个元件用于中波红外和长波红外谱段。 试验结果表明这种多光谱传感器达到了设计目标,具有宽的光谱谱段(0.4～10μm),可见光、近红外谱段视场为5.7°时的空间分辨率为10μrad,在中波红外、长波红外谱段视场为5.7°时的空间分辨率为100μrad。所有谱段在尼奎斯特频率时视场中心总的MTF高于0.3。     

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。     

星载激光雷达系统污染增强损伤效应及防护试验研究

真空污染环境会加剧激光诱导损伤,严重影响激光雷达系统的性能。文章对已有研究进行了分析总结,详细介绍了星载激光雷达系统污染增强损伤效应及防护试验平台的设计、试验方法及结果,归纳提出了星载激光雷达系统污染防护措施,对我国相关研究的开展提出了建议。     

飞片参数与玻璃撞击损伤特征关系的研究

为考察空间碎片对航天器光学材料的影响,将光学材料撞击损伤与具体撞击碎片相对应,采用激光驱动飞片技术进行空间碎片地面模拟。设计了能形成速度可控的具体撞击碎片的激光驱动飞片装置,针对空间碎片不同速度和形态,通过改变激光能量和光束直径获得具有不同速度和长径比的飞片。研究了石英玻璃撞击损伤特征与飞片速度、长径比等参数的对应关系。结果发现:随着激光能量的增加,飞片速度的增加,撞击坑的损伤面积和坑深表现为先增大后减小;随着飞片长径比的减小,主要撞击损伤特征逐渐由侵彻成坑转变为溅射污染。通过碎片群平均参数改进为具体碎片参数,提高了地面模拟的有效性,利于高通量空间碎片环境中材料服役行为评价的研究,对空间碎片地面模拟技术和撞击损伤效应有一定的参考价值。     

航空侦察中使用离轴3镜式反射光学元件的多光谱传感器

文章描述了地基多光谱传感器的设计与试验，该传感器使用离轴３镜反射光学元件作为成像光学元件，使用分光镜划分谱段。离轴３镜光学元件可在宽视场范围内提供一个光谱范围宽、空间分辨率的无遮挡现场。３镜式像散透镜由２个非球面镜和一个球面镜组成，设计构成远心焦平面。分光镜将光谱范围划分为３个可见光谱段、１个近红外谱段、１个中波红外谱段、１个长波红外谱段。中继光学元件用于调整红外放大系数。ＣＣＤ探测器上具有１００     

粗糙海面激光透射特性研究

为改善激光在粗糙海面上透射特性仿真结果的准确性以提高卫星海洋水色遥感应的效率,对不同海况下激光在粗糙海面的透射特性进行了研究。根据激光海面透射原理,用基尔霍夫近似(KA)原理求解激光海面透射场,给出了计算模型。基于Gaussian随机模型对三、四级海况的粗糙海面进行了三维模拟仿真,用解析法计算了激光在海面上的透射特性。结果发现:波长0.532μm的绿激光对海水有高透射率,入射角小于40°时透射率大于94%;海况对激光的透射率影响较小;与下行透过率相比,上行透射率受入射角的影响较大,入射角大于40°时激光的上行透射率迅速衰减,入射角大于50°时上行透射率几乎为0。     

复合材料层合板激光烧蚀后的三维逐渐损伤分析

基于ANSYS平台,针对复合材料层合板经激光烧蚀后造成损伤,建立参数化三维逐渐损伤模型对其进行强度分析.采用宏观应力的三维Hashin失效准则,判定层合板材料的损伤模式;对层合板材料性能进行逐步退化,运用总体破坏准则判定其失效.分析过程中,综合考虑了不同损伤模式及其相互关联性.结果表明,该方法能较好预测含损伤复合材料层合板的强度及破坏模式.     

应用少量短电阻应变丝布置的损伤评估智能材料结构

智能材料结构是一门新学科，它越来越引起不同学科研究者们的兴趣，本文研究采用电阻应变丝为传感元件，人工神经网络为处理辨识器的损伤评估智能材料结构，提出并实施了一种少量短电阻应变丝的传感元件布置方法，用以对结构中损伤或大应变的区域和级别进行在线评估。     

考虑孔隙缺陷三维编织C/C复合材料渐进损伤及强度预测（英文）

为研究三维编织C/C复合材料单轴拉伸渐进损伤与失效强度,考虑了材料内部纤维增强相、基体相和界面随机孔隙缺陷,建立了三维编织C/C复合材料单胞有限元模型。基于Linde等人提出的破坏准则描述纤维束纵向拉伸剪切破坏和横向破坏,基体采用最大主应变破坏准则,界面采用双线性内聚力本构模型和二次应力破坏准则,建立了与单元特征尺度、局部应变以及断裂能相关的指数型损伤演化律。采用有限元法结合周期性边界条件模拟了材料细观损伤起始、演化与失效过程,并预测了材料轴向拉伸强度。结果表明;材料轴向拉伸强度主要由纤维棒纵向拉伸强度控制,与不考虑材料孔隙缺陷的模拟结果相比,考虑材料孔隙缺陷的强度预测值与实验值更加接近,此外,孔隙缺陷对材料拉伸强度的影响大于对拉伸模量的影响。     

航天器损伤评估和安全管理中的多尺度力学问题

文章指出航天器的安全性涉及到材料、元件、器件、子系统、系统和整机6个层次。虽然预测和防止失效的任务是在整机层次,但是损伤却是起源于材料的微损伤这一最底层。损伤从原子层次到整机层次的在多个尺度层次上的演化诱致了整体的破坏。由此引入多尺度力学,即研究各种不同长度尺度和时间尺度相互耦合现象的科学。文章试图将力学的宏观运动方程和微结构转变的动力学方程组成统一的方程组,从而得到宏观标量损伤D与微损伤数密度n的关系。文章还指出对于航天器的抗辐射加固问题,微损伤成核和发展的特征时间,与宏观特征空间尺度,以及外加载荷的特征时间之间的耦合关系,即德博拉(Deborah)数,是判断这类损伤演化诱致失效问题的一个关键。     

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。