空间聚四氟乙烯的真空紫外辐射及其与原子氧的复合效应研究

聚四氟乙烯是航天器上常用的一种聚合物材料。在空间环境效应地面模拟试验设备中 ,对这种材料开展了真空紫外辐射、真空紫外辐射与原子氧复合效应的试验研究 ,总结和分析了试验前后试样外观、质量、光学参数和表面成分等方面的变化规律 ,并对真空紫外辐射及其与原子氧复合作用的过程和反应机理做了初步的分析。得出结论 :真空紫外辐射作用下试样表面积累了碳而发生暗化 ,原子氧又将其漂白 ,这两种因素的复合作用 ,可能会使Teflon材料产生更为严重的剥蚀。     

原子氧对航天器用有机热控涂层影响的研究

以在我国某型号卫星上应用的两种有机热控涂层——改进型S781铝灰漆和S956灰漆作为对象，首次就近地轨道原子氧环境对涂层性能（太阳吸收比αS和红外半球发射率εH）的影响进行实验研究。实验中采用同轴源原子氧装置，以近地轨道原子氧通量条件对涂层进行试验。结果表明，原子氧对涂层表面的侵蚀作用是造成涂层性能退化的主要原因，在相同的原子氧剂量下，涂层性能变化的程度与涂层组成成分的配比有关。     

原子氧对Kapton侵蚀及ZnO-有机硅涂层防护效应研究

在原子氧(AO)侵蚀地面模拟试验设备中对聚酰亚胺(Kapton)和涂ZnO-有机硅防护层的样品进行原子氧剥蚀效应试验。用LAMBDA-9分光度计、光电子能谱(XPS)、红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)等对试验前后试样的表面形貌、质量及化学结构进行表征研究。AO对Kapton表现了较严重的侵蚀作用,其化学结构、元素百分含量和表面形貌都发生明显变化。而所施用的ZnO-有机硅涂层对AO辐照有较强的防护效果,并具有较好的空间稳定性。因腐蚀产物为SiO2,这对抑制AO的进一步侵蚀起到了关键作用。     

抗原子氧有机/无机氧化硅复合涂层的研究

以正硅酸乙酯（TEOS）和γ-（甲基丙稀酰氧）丙基三甲氧基硅烷（MEMO）为前驱体,在聚酰亚胺基底上制备了氧化硅涂层,采用扫描电镜（SEM）、傅里叶红外衰减全反射光谱（FTIR-ATR）和X光电子能谱（XPS）对其表面形貌、结构和成分进行了分析.结果表明MEMO的加入增加了氧化硅涂层的韧性,并赋予其憎水性能,表面化学成分由MEMO以及TEOS＋MEMO的水解和缩聚过程决定.用地面模拟设备对氧化硅涂层进行原子氧暴露试验,结果表明其具有很好的防原子氧性能,使基体原子氧侵蚀速率下降了一个数量级.     

真空紫外线辐射对聚合物材料的作用

针对空间环境条件综述了真空紫外线辐射对材料物理、化学等性能的影响及机理。聚合物材料在真空紫外线作用下，表面粗糙度上升，结构发生明显变化，拉伸强度下降。同时透光率、耐热性等均发生变化。真空紫外线与原子氧等其它空间环境因素有一定程度的协同效应。不同材料对各因素的敏感程度稍有差异。     

空间用聚四氟乙烯材料的原子氧、温度、紫外辐射效应的试验研究

在 IFM原子氧剥蚀效应地面模拟设备中对空间常用材料聚四氟乙烯进行了原子氧剥蚀效应试验,试样温度升高对原子氧效应的影响以及原子氧与紫外辐射复合效应试验,对试验前后试样的质量及表面形貌进行了比较,得出了材料在设备中的反应特点以及温度升高、紫外辐射对材料的原子氧效应的影响规律。对原子氧与材料的反应机理也做了相应的分析。同时还测量比较了原子氧暴露试验前后、原子氧与紫外辐射复合作用前后试样的反射率、透射率等光学性质。     

用于铷原子磁光阱的超高真空系统设计

上抛式冷原子干涉重力仪,以Rb原子作为操控介质,使其在二维磁光阱中被冷却,在三维磁光阱中装载并在干涉区内实现探测。根据重力仪对真空系统的特殊要求,对真空系统的结构和参数进行设计,完成真空泵、真空腔室结构及光学玻片等关键部件的选型及设计,设计出结构紧凑实用的超高真空系统。在后期磁光阱的装配中,提出了相应的关键工艺技术,实现了超高真空系统的组装搭建。通过差分管的设计,二维磁光阱的真空度控制在10-6Pa,三维磁光阱的极限真空度达到10-8Pa。     

原子氧环境对硅凝胶材料的侵蚀效应研究

简述了DC93-500和GN511硅凝胶材料原子氧环境试验过程,分析和考察了DC93-500和GN511硅凝胶材料在原子氧环境作用下的侵蚀效应,探索了原子氧环境对硅凝胶材料的作用机理.结果表明在原子氧环境作用下,DC93-500和GN511硅凝胶材料样品的可见光透射率明显下降;样品表面被氧化并出现龟裂裂纹和凸起的小岛;随着原子氧作用累积通量的进一步增加,样品表面会由于小岛被剥落而发生质损现象;相对于GN511而言,DC93-500硅凝胶材料在原子氧环境下的结构和性质较为稳定.     

原子氧对Kapton／Al薄膜性能影响研究

模拟空间环境下原子氧辐照条件,通过采用固定的原子氧束流密度进行不同时间辐照试验,研究了温控涂层材料Kapton/Al薄膜的质量损失、光学性能、表面形貌和表面粗糙度的演化规律.试验结果表明,原子氧对材料的剥蚀量与原子氧的作用时间成正比例关系.材料辐照后太阳吸收率发生明显变化,而辐射率几乎不发生变化.辐照后试样表面的粗糙度,是影响太阳吸收率变化主要因素.随着辐照时间的增长,材料表面粗糙度增加,导致太阳吸收率增大.     

环氧固封和硅橡胶的空间原子氧效应分析

对磁力矩器用环氧固封和硅橡胶材料进行原子氧和真空效应评价试验,利用新型的原子氧环境模拟设备及其它分析手段对试样的质量损失率(SAML)和表面形貌的变化进行研究。试验结果表明,真空环境会导致材料产生质量损失,两种材料中真空质损最大相差2.5倍;原子氧作用导致聚合物材料发生颜色变化,且造成材料的质损,两种材料的质损率最大相差25倍;原子氧与硅橡胶中的有机硅反应能够形成保护层,可以抑制原子氧对材料内部的进一步侵蚀。     

Ground-based Investigations of Atomic Oxygen Erosion Behaviors of Silver and Ion-implanted Silver

Silver foils and ion-implanted silver foils exposed to atomic oxygen （AO） generated in a ground simulation facility were investigated by the quartz crystal microbalance （QCM）, the scanning electron microscopy （SEM） and the X-ray photoelectron spectroscopy （XPS）. The experimental results show the presence of Ag2O and AgO in an oxidation process of the silver foil having exposure to AO. As soon as silver comes under the bombardment of atomic oxygen, the oxidation process starts with a thick film forming on the silver surface. Because of the development of stresses, the oxide layer gets cracked and spalled, which leads to appearance of a new silver surface intensifying further oxidation. At last, AgO begins to form on the outer surface of the oxide film. The analytical results of the XPS and the AES attest to formation of a continuous high-quality protective oxide-based layer on the surface of ion-implanted silver films after exposure to AO. This layer can well protect materials in question from erosion.     

Ground-based Investigations of Atomic Oxygen Erosion Behaviors of Silver and Ion-implanted Silver

Silver foils and ion-implanted silver foils exposed to atomic oxygen (AO) generated in a ground simulation facility were investi-gated by the quartz crystal microbalance (QCM), the scanning electron microscopy (SEM) and the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The experimental results show the presence of Ag2O and AgO in an oxidation process of the silver foil having exposure to AO. As soon as silver comes under the bombardment of atomic oxygen, the oxidation process starts with a thick film forming on the silver surface. Because of the development of stresses, the oxide layer gets cracked and spalled, which leads to appearance of a new silver surface intensifying further oxidation. At last, AgO begins to form on the outer surface of the oxide film. The analytical results of the XPS and the AES attest to formation of a continuous high-quality protective oxide-based layer on the surface of ion-implanted silver films after exposure to AO. This layer can well protect materials in question from erosion.     

原子氧对碳纤维增强氰酸酯复合材料的侵蚀及机理研究

针对碳纤维增强氰酸酯复合材料(CFCE)开展原子氧暴露试验及反应产物原位测量的散射试验,并进行暴露前后的质量损失、SEM及XPS试验。结果表明,该材料的受原子氧腐蚀率为(2.20±0.36)×10~(-24)cm~3/atoms。受原子氧腐蚀后,样品表面C元素相对原子浓度增加,O元素基本不变;表面的树脂脱落,碳纤维暴露在原子氧环境中,表面出现蚀坑,且数量及形状逐渐变大,蚀坑相连,最终沿纤维方向形成一条沟壑。高能氧原子与复合材料发生反应,生成产物CO、CO_2、H_2O、OH和CH_3。     

地面模拟设备中原子氧通量测量方法的比较研究

 原子氧是低地球轨道中对航天器影响最为严重的环境因素之一。原子氧通量的测量,是原子氧效应研究工作的基础,是量化航天器材料和部件的原子氧暴露程度、评估其空间原子氧使用寿命的重要参数。介绍了地面模拟设备中常用的几种原子氧通量测量方法的测量原理,包括Kapton质量损失法、NO₂滴定法、银表面催化法、光谱法、质谱分析法、银膜和半导体膜电阻法等等,对各种测量方法的特点进行了概括。另外,选择了Kapton质量损失法、银表面催化法和光谱法测量了原子氧效应模拟设备中的原子氧通量,并对测量结果进行了对比,分析了这几种方法的准确性。     

Erosion of a Polyimide Material Exposed to Simulated Atomic Oxygen Environment

Oxygen plasma source generated by thermal cathode filament discharge has been used to study the erosion process of polyimide (PI) materials in atomic oxygen (AO) environment, and their mass loss, surface morphology and surface chemical compositions have been examined by scanning electron microscope (SEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) after exposure to incremental AO flux. The data indicate that the physical adsorption of AO at the samples' surface results in the increase of oxygen concentration when polyimide is exposed to AO flux. Then selective chemical reactions of groups of polyimide materials with AO yield volatile organic compounds, sample mass loss is on linear increase and carpet-like surface morphology forms. In the initial exposure to AO, the reaction occurs mainly between AO and carbon in specific location of aromatic ring, then the reaction rate of C=O groups gradually increases. After AO exposure, the oxygen concentration increases while nitrogen and carbon concentration decreases. Reaction rate of groups containing nitrogen is slower compared with carbon and oxygen.     

空间环境分子污染对航天器的影响

空间环境分子污染对航天器的影响,是目前高可靠性、长寿命航天器在设计时非常重要的问题之一。通过对国外航天器在轨飞行过程中所发生的分子污染现象的总结,从分子污染的来源、形成过程、与原子氧和紫外辐射等其他空间环境因素间的反应、对航天器敏感表面特性的影响等方面,对分子污染效应做了详细的介绍。并指出,材料的真空放气产物和原子氧剥蚀产物在航天器表面的沉积,是分子污染的主要来源。而在原子氧和紫外辐射的作用下,污染层会发生氧化、固结、暗化等现象,使其外观和成分发生了不同程度的变化,从而对航天器敏感表面的光、电、热控等性能带来了很大程度的影响。