星载SAR有源相控阵天线集成架构发展与关键技术

针对传统有源相控阵天线质量重、体积大的问题,文章通过对国内外星载合成孔径雷达(SAR)有源相控阵天线发展的总结,介绍了砖块式有源相控阵天线架构设计、一体化有源相控阵天线架构设计和片式有源相控阵天线架构设计,提出了星载SAR有源相控阵天线的发展趋势：柔性薄膜有源相控阵天线,并分析了柔性薄膜有源相控阵天线关键技术,可为我国星载SAR有源相控阵天线的发展提供参考。     

星载SAR缝隙波导天线环境适应性设计与验证

针对星载合成孔径雷达（SAR）长寿命、高可靠的需求,从天线的类型选择、构型设计和实现途径等方面介绍了某大型星载SAR平面相控阵天线的技术路线,确定采用真空钎焊技术的整块缝隙波导天线为研究对象;从机电热全面分析其在空间力学环境、热环境、真空环境和带电粒子辐射环境下的适应性设计关键技术和难点,如：通过合理减重、结构分块和布局优化等设计,解决天线的刚强度问题;对天线全流程工艺进行控制以获得满足热控要求的阳极氧化膜;采用游离设计减小天线在高低温环境下的热变形;通过合理确定电场最强处两个金属面的间距来消减天线在真空环境下的微放电现象;通过选择聚酰亚胺材料作为射频连接器的介质支撑来提高天线的抗辐射能力。环境试验和在轨验证结果证明,该缝隙波导天线设计合理,环境适应性良好,能够稳定正常工作。     

航天器表面瞬态测温用薄膜热电偶的研制

根据航天器表面测温的需要,研制了一种K型(NiCr-NiSi)薄膜热电偶。该型热电偶采用射频磁控溅射技术在针型高温陶瓷基体上制备薄膜热电偶,其热电偶结点厚度为微米级,能够与航天器表面有效贴合,实现航天器表面的瞬态高温测量。通过物理试验验证,该型薄膜热电偶测量最高温度能够达到800℃,测量相对误差在±0.5%以内,满足返回式航天器表面高温的瞬态测温需求。     

超薄聚酰亚胺薄膜研究与应用进展

从制备工艺、应用进展以及发展趋势等方面综述超薄型聚酰亚胺薄膜近年来基础研究与应用的发展情况,着重介绍了超薄型聚酰亚胺薄膜在空间以及微电子领域的应用。最后,结合中国科学院化学研究所在超薄型聚酰亚胺薄膜领域内的研究进展,对发展我国的超薄型聚酰亚胺薄膜产业提出了建议。     

空间领域用高性能聚酰亚胺薄膜现状与发展

新型材料发展是推动航天器发展的动力之一。聚酰亚胺薄膜被誉为新一代的“黄金膜”,广泛应用于航天航空、电子封装、新能源等重要领域。文章以航天器特殊环境用薄膜材料需求为背景,重点介绍几种新型聚酰亚胺薄膜特性及其在航天器中的应用,给出了高性能聚酰亚胺薄膜材料在空间领域里的应用前景。     

小卫星粘贴聚酰亚胺薄膜的工艺研究

介绍小卫星蜂窝结构板粘贴聚酰亚胺薄膜的研制过程、贴膜的思路、贴膜过程中遇到的问题及解决的方法。小卫星由于体积小，没有更多空间来携带太阳能帆板，所以在小卫星蜂窝结构板铝面板外表面，先粘贴一层绝缘层，即聚酰亚胺薄膜，然后在聚酰亚胺薄膜上粘贴太阳能电池组，提供充足的电能，以便保证小卫星在天空中正常工作。针对小卫星蜂窝结构板粘贴聚酰亚胺薄膜工艺方案进行详细论述，给出了粘贴聚酰亚胺薄膜工艺流程图，对胶粘剂进行选择及今后小卫星蜂窝结构板粘贴聚酰亚胺薄膜在某些方面的改进建议。小卫星在经受各种地面环模试验后，主要技术指标均达到设计使用要求。     

黑色防静电热控薄膜环境适应性研究

通过无机-有机杂化工艺,成功地制备出黑色防静电热控薄膜。为了满足航天器的应用需求,开展了黑色防静电热控薄膜的热循环、湿热老化、真空-紫外辐照、真空-质子辐照以及真空-电子辐照等环境适应性试验。试验结果表明研制的黑色防静电热控薄膜能够承受上述各种环境试验的考验,具有良好的环境稳定性,可以满足航天器的需要。
     

均苯型聚酰亚胺薄膜在质子辐照下的力学性能退化试验研究

聚酰亚胺薄膜广泛应用于航天器热控结构和太阳帆等充气展开结构中,由于暴露在航天器表面,受到各种空间环境效应的影响,其力学性能会发生退化。文章对不同通量、注量和温度条件下质子辐照对均苯型聚酰亚胺薄膜力学性能的影响进行了模拟试验研究。研究发现,当质子通量较低时,质子通量的增加对薄膜力学性能的影响微弱;当质子通量持续增加,薄膜的抗拉强度和断裂伸长率呈近似线性下降;当质子注量增加到一定程度后,薄膜的抗拉强度和断裂伸长率下降速率变缓;薄膜在低温辐照下比在高温辐照下更容易发生脆性断裂。     

AZO改性Y2O3-ZnO-Al2O3热控涂层性能分析

为解决铝合金表面液相等离子体电解氧化（PEO）涂层（Y₂O₃-ZnO-Al₂O₃）导电性差而导致的静电效应,对其进行表面改性处理。采用原子层沉积（ALD）技术在铝合金表面PEO涂层原位沉积铝掺杂氧化锌（AZO）导电薄膜以提高PEO涂层的导电性。对AZO改性PEO涂层的相组成和表面微观结构进行分析;对不同沉积温度下所得复合涂层的电阻率、载流子浓度和迁移率,以及沉积前后的热控性能、耐腐蚀性进行测量分析。结果表明:AZO导电薄膜均质连续致密地沉积在PEO涂层表面;当沉积温度为150 ℃时,AZO@Y₂O₃-ZnO-Al₂O₃复合涂层的电阻率为1.15×10-4 Ω·cm,载流子浓度为1.8×1020 cm-3,太阳吸收比为0.409,发射率为0.892,且抗电化学腐蚀性能良好,能够满足航天器热控涂层在空间环境应用的技术要求。     

TiO2光催化薄膜在空间污染防护 应用中的探索

文章采用溶胶凝胶法在JGS1石英玻璃上制备了TiO₂薄膜,并对其晶体结构与光催化性能之间的关系进行了研究,探讨了紫外光辐照下TiO₂薄膜对大分子链硅油光催化效果。结果表明:经500 ℃热处理后的TiO₂薄膜为锐钛矿结构,具有较高的光催化活性;在253 nm紫外光辐照下,TiO₂薄膜对大分子链硅油表现出较好的光催化降解效果。该研究将为空间环境下飞行器光学表面污染净化材料的开发提供有益参考。     

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。     

一种新型透波低无源互调温箱箱体的设计

收发共用技术在卫星通信天线上的广泛应用将引发无源互调（passive intermodulation, PIM）。卫星天线工作在空间高低温交变环境中,而其PIM性能对温度具有敏感性,故需开展地面试验予以验证。为此,提出一款可用于测试天线在高低温环境下PIM性能的透波低无源互调温箱,主要在透波材料选用、结构耐压、箱体保温性能等方面开展设计和验证,最终建造的温箱满足耐温-150～150℃,箱体结构聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）板的安全裕度为0.648,总插损<1 dB,箱体的PIM性能基本稳定优于-150 dBm,目前已广泛应用在天线PIM性能的地面试验验证中。     

星用介质材料表面充放电效应试验研究

航天器表面介质材料易遭受表面充放电危害。利用30keV单能电子对几种不同的航天介质材料进行了表面充放电模拟试验,测量了不同电子通量辐照下的表面充电电位以及放电脉冲。试验结果表明,聚酰亚胺薄膜在接地处理不当时表面可充至千伏以上,易发生表面放电,且辐照强度越大,放电频率越高。表面镀铝的聚酰亚胺薄膜在不接地时,铝膜成为悬浮导体更加剧了放电的危害。而通过渗碳处理的聚酰亚胺薄膜,其良好的导电性能可有效抵御nA/cm~2量级电子的表面充电。聚四氟乙烯天线罩表面未进行防静电处理时,表面充电电位可达万伏量级,极易发生放电。     

发电-储能一体化柔性电源系统结构热特性仿真研究

基于柔性薄膜砷化镓(GaAs)太阳电池、全固态薄膜锂电池(TFB)和柔性管理电路组成的发电-储能结构一体化电源系统,可以用作便携式应急电源,也可与无人飞行器、便捷式电子设备、无线传感网络节点等结合,实现自身能源的闭合供给,满足相关装备对电能源全天候、长时间、模块化等多样化应用的需求。但在实际工作中,系统的电转化效率只有30%左右,大部分太阳光的能量经太阳电池吸收后会转化成热,TFB在充电过程中也会发热。电源系统中,柔性太阳电池和TFB采用键合的方式结合,由于薄膜各层材料的热膨胀系数不同,产生的热量会在电源系统内部导致热应力,造成键合材料的分离,甚至破坏整个电源系统。通过计算机模拟柔性电源系统在月球表面环境下的工作状态,建立电源系统结构模型以及热传递数学模型,仿真得到不同结构电源系统工作时的温度场和应力场分布情况,对发电-储能一体化柔性电源系统结构优化和工作状态的掌握具有指导意义。     

星载柔性圆极化薄膜天线

近年来商业卫星产业发展迅速，从卫星物联网星座到高精度SAR成像，商业卫星的应用领域也越发丰富。区别于传统的大卫星，商业卫星主要集中在微纳、皮纳等卫星领域，最常见的为1U、3U、6U和12U等立方星。卫星平台的尺寸与载荷通信能力密切相关，微纳、皮纳等卫星平台由于尺寸较小，导致载荷通信能力严重不足。如何提升小卫星平台的通信能力，成为了商业卫星亟待解决的关键技术问题。薄膜天线具备可收纳展开特性，能够广泛应用于各种小卫星平台，在发射入轨前通过合理的收纳方式，收拢在小卫星平台尺寸内；在轨后，通过展开装置释放，形成较大辐射口径，有效提升卫星通信能力。由于薄膜厚度小（约0.1 mm左右），Q值很高，限制了天线的带宽特性，也不便于实现圆极化辐射特性。以柔性薄膜（厚度约0.1 mm）为基础，以常规微带贴片为单元，通过旋转布阵以及多次顺序旋转馈电使该薄膜天线具备较好的圆极化、宽带特性，天线阵面规模为16×8，天线驻波（VSWR≤2.0）和轴比（AR≤3.0 dB）带宽可分别达到约10 %和4 %，法向最大增益可达24 dB，显著提升了薄膜天线的工作带宽和辐射特性。     

电子辐照下聚酰亚胺薄膜的深层充电现象研究

空间辐射环境下聚合物绝缘材料的深层充放电效应是威胁航天器安全的重要因素之一。文章利用能量为5～100keV的单能电子枪,研究了不同束流强度电子辐照下聚酰亚胺薄膜样品的深层充电过程。实验表明,在102pA量级的电子束辐照下,聚酰亚胺薄膜样品的表面电位迅速上升后缓慢变化,最终可以达到几kV。在一定条件下,样品表面电位随着辐照电子束流密度和样品厚度的增加而增大;充电达到平衡所需的时间随着辐照电子束流密度和样品厚度的增加而减少。辐照截止后聚酰亚胺薄膜样品内部电荷的泄放需经历较长时间,由衰减时间常数推测出的样品电阻率要比采用传统测量方法得到的结果高一个量级。     

剪叉式星载可展开天线的设计与分析

针对微小卫星应用发展过程中对星载天线提出的轻质量、高收纳比和大口径的需求,设计了一种新型剪叉式可展开薄膜天线。该设计应用剪叉式机构作为天线的骨架,以实现薄膜天线的二维收拢,能够有效提高天线的整体收纳比并扩大天线口径。运用计算机软件建立模拟样机并进行仿真分析,仿真结果验证了剪叉式机构展开的可行性和展开后结构的稳定性。     

新型天线技术研究进展

根据最新研究情况,论述了新型天线技术的发展现状。液体天线用离子液体或液态金属等构成天线,构造灵活,使用场合广泛;铁电材料通过可调的高介电常数特性获得辐射特性可变的天线;而薄膜天线依托柔性材料技术的进步,易于制作轻质复杂的天线,适用于航空航天领域;集成化的桅杆天线是提高舰船整个平台性能的主要途径之一,有的技术已用在新建造的舰船上;异向介质和超材料透镜天线,具有体积小、增益高的特点,特别适用于情报侦察领域。     

面向微波电力传输的低成本易部署柔性接收天线阵

文章提出了一种用于微波电力传输(MPT)系统的柔性能量接收天线阵列,具有面积大、成本低、易部署的特点。由于能量接收器表面通常为不平整状态,因此,传统刚性材质天线无法完成共形共面制备。为了适应各种外型的运用场景,文章采用柔性材料设计天线,其介质基板和辐射导体分别基于聚酰亚胺和新型液态金属镓铟合金（其中镓的占比为75.5％,铟的占比为245％）。由于MPT应用场景非常复杂多变,故对便携性提出要求。采用折叠/充气展开技术进行结构设计,以实现接收天线阵列收放的便捷性。使用三维电磁场仿真软件（CST）对设计的柔性接收天线从单元到阵列进行仿真,天线工作频点为58GHz。最大捕获效率超过55％,并且在弯曲工况下捕获效率超过35％。仿真结果证明了文章工作的有效性和正确性。     

热熔型聚酰亚胺薄膜的热封性能研究

针对现有商用聚酰亚胺（PI）薄膜无法采用热熔工艺进行粘接的问题,采用异构化二酐单体、2,3,3’,4’-二苯醚四酸二酐（a-ODPA）分别与7种芳香族二胺单体通过化学亚胺化工艺制备了PI薄膜（PI-1～PI-7）,系统研究了这些PI薄膜的结构与性能的关系。结果表明:a-ODPA的不对称结构赋予了PI薄膜良好的热塑性特征,使之可以采用热熔工艺进行粘接,薄膜间的热封强度最高可达660 N/m;此外,制备的PI薄膜还具有良好的耐热性能与力学性能,5%失重的温度超过500℃,玻璃化转变温度超过230℃,薄膜拉伸强度超过89 MPa。