空间环境及其模拟试验研究

以人们公认的数据为依据,以推动空间环境工程试验研究工作的开展为目的,对空间环境及其可能的影响,对空间环境模拟试验的意义等有关问题,作了扼要的论述。内容涉及:1.空间环境的基本图像;2.空间的真空环境及模拟试验的不同要求;3.真空-空间热沉-失重组合环境及其影响;4.在地面上模拟失重的方法及局限性等。     

不同填充层材料的空间碎片防护结构性能试验研究

航天器外用来防护空间碎片超高速撞击的填充防护结构一般以高强度高模量的组合纤维布（如Nextel\Kevlar）作为填充层。为初步评估填充层材料特性对填充防护结构防护性能的影响,并据此设计防护性能好、质量小、成本低的防护结构,通过试验对比研究了Nextel\Kevlar纤维布、Basalt\Kevlar纤维布、气凝胶\玻纤复合材料、木层、玻璃钢板及铝板作为填充层时对结构防护性能的影响。试验中采用的铝球弹丸直径为4.0～5.5 mm,撞击速度为3.0～5.0 km/s。试验结果显示：与面密度相同的铝板填充结构相比,在较高撞击速度（约5 km/s）下,纤维布类填充结构展现出良好的防护性能,但在较低速度（约3 km/s）下却性能较差;木层填充结构在较高和较低撞击速度下均表现出良好的防护性能。以上结果结合机理分析,为填充防护结构设计提供了初步优化思路。     

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。     

新型空间环境效应探测器技术及其应用研究

太阳电池在空间环境因素影响下,其开路电压和短路电流有不同程度的变化。文章根据这一特点,提出了一种新型的空间环境效应探测器技术,利用镓铟磷和三结砷化镓太阳电池来探测空间污染、原子氧和辐射环境,探测结果直接反应空间环境对太阳电池的效应,具有体积小、重量轻、低功耗等特点,特别适合航天器搭载飞行。     

卫星对空间环境效应的防护与试验

叙述了卫星所处的空间环境和产生的效应;对这些不利的效应所采取的防护措施;提出了三类地面试验,即空间环境效应与防护试验,空间碎片和微流星防护试验,空间辐射环境防护试验。     

论空间环境模拟试验和研究

文章介绍了空间环境模拟技术的发展及空间环境效应的防护,并提出了空间环境研究理念的几个应注意的重要的转变.     

柔性和刚性材料自修复技术在轨试验设计

微流星体和空间碎片的撞击会导致航天设备的材料发生微裂纹和/或穿孔等破坏,所造成的潜在危险是载人航天面临的巨大挑战之一。对此,空间环境下的材料自修复技术可能是一种有效的解决手段。文章开展柔性和刚性材料自修复技术的在轨试验设计,以针刺模拟自修复材料被击穿,用相机记录试件内部液体流出后受紫外光辐照迅速固化以修复损伤的自愈合过程及修复时间,测试材料修复后的物性指标等。本研究可推动柔性和刚性材料自修复技术在载人航天领域的发展与应用。     

运载火箭柔性防热材料隔热性能的试验研究

为获知运载火箭二级飞行段尾舱用柔性热防护材料的隔热性能,设计了热真空试验方案,采用石英灯加热器模拟辐射热源,在真空罐内开展了辐射热环境下材料隔热性能的试验研究,得到防热材料内外表层温度测点在20 kW/m2热流下保持800 s时间的试验数据;分析不同材料(组合)的隔热性能及其差异产生的原因,给出辐射热环境下热防护结构的选材建议。在本试验工况下,2层玻璃纤维带+2层硅橡胶布+2层镀铝薄膜的组合可使其内部温度降低到192℃,低于电缆正常工作上限(200℃),满足防热要求。试验结果可为今后的运载火箭在大气层飞行段内的防热设计提供参考。     

国外空间环境试验与探测技术现状与发展趋势

文章分析了与航天器飞行有关的4类空间环境的特点;介绍了国外空间环境试验技术的现状与发展概况。文章还重点分析了未来空间环境探测的发展趋势：加强了对空间环境动态变化的探测;将星座探测摆在重要地位;以地球轨道卫星为发展的主流;利用卫星加大对空间环境探测的力度;加强国际合作。国外空间环境探测的经验表明,我国应重视发展地球轨道探测卫星,尽快提高卫星有效载荷的水平。     

空间材料深层充放电效应试验研究

利用电子枪发射的单能电子束、以及放射源发射的能谱结构接近空间电子环境的β射线电子,模拟试验了几种常用空间介质材料和某卫星部件的深层充电过程;结合对放电电流脉冲和电场脉冲的测量,观测了深层放电脉冲信号及其对试验电路的影响。试验结果表明,在类似实际空间强度的pA量级电子束辐照下,介质材料可以累积大量电荷,其表面电位可以达到近万V;随后发生的介质材料放电可产生高强度的放电电流脉冲和电场脉冲,放电脉冲对试验电路造成较强的干扰。     

空间环境对SiC_p/2009铝基复合材料性能的影响及机理分析

碳化硅颗粒增强铝基复合材料(Si Cp/Al)因具有轻质、高模量、高导热性能以及良好的尺寸稳定性等特点,有望成为新一代空间相机用结构材料。文章针对我国自主研发的新一代空间相机用碳化硅颗粒增强铝基复合材料开展了空间环境(包括高低温循环、粒子辐照、原子氧和真空紫外辐照)地面模拟试验以及湿热环境试验,并对试验前后材料的力学及热物理性能进行了比对测试。结果表明材料的屈服强度、抗拉强度、弹性模量的变化均不超过2%,平均线膨胀系数的变化不超过1×10~(-6)℃~(-1),而比热容和导热系数则最高分别降低了17%和28%。之后对比研究了不同环境效应对材料性能的影响情况,并对比热容和导热系数发生明显变化的原因和内在机理进行了初步分析。     

空间环境研究的现状与展望

空间环境研究的内容包括空间环境模式研究、空间环境效应研究和空间环境实验研究。当前国外空间环境研究注重对大型软件组织多学科、多单位长期合作研究;模式研究与实验研究紧密结合;注意开发对工程适用的模式;工作重点是太阳帆板带电和低轨卫星表面带电。建议我国在今后的空间环境研究中加强联合,集中攻克急需的大型软件;加强对材料特性的实验研究;着手发射环境效应卫星;开拓空间环境研究的新领域;在空间环境效应研究中加强卫星研制单位、卫星操作部门与环境效应研究单位的合作。     

热真空试验中分子污染敏感单机的失效机理及对策

卫星大量应用的电缆塑料绝缘层、粘结剂、导热硅脂等非金属材料,在热真空试验过程中逐渐出气并产生分子污染物,可能会造成敏感单机失效的问题。文章对失效机理进行了理论分析,根据总离子流色谱图确定了分子污染物的成分,由此提出利用真空烘烤试验加速星内非金属材料的出气,同时通过真空静置提高星内真空度的方法,以解决微波开关等分子污染敏感单机在热真空试验中可能发生的失效问题。试验结果表明,失效机理分析准确,提出的措施有效。文章提出的防护对策,已在卫星研制过程中得到推广应用。     

对俄出口GVU-600空间环境模拟器研制

GVU-600空间环境模拟器是我国首次为俄罗斯研制的一台航天专用设备,它可以模拟真空、冷黑和太阳辐射3项空间基本参数,主要用于进行卫星热平衡、热真空试验。该设备为卧式圆柱结构,容器内径8 m,总长13.5 m,容积600 m3,极限真空1.4×10-5 Pa,热沉温度-190 ℃。文章主要对该设备的技术指标、系统组成及功能进行了介绍,并给出了研制结果。     

空间站有效载荷真空支持系统方案评述

有效载荷真空支持系统是空间有效载荷支持系统的重要组成部分,为空间有效载荷实验的顺利进行提供真空环境支持和保证。文章详细分析了国际空间站包括美国“命运号”实验舱（USL）、欧空局哥伦布轨道舱（APM）及日本实验舱（JEM）内的有效载荷真空支持系统方案及使用情况;对美国实验舱内的一号微重力材料科学机柜及微重力燃烧科学机柜内部专用的真空支持系统作了主要介绍;最后提出了我国空间站有效载荷真空支持系统的初步方案设想,即合理安排有效载荷实验进行次序,将废气排放子系统及真空资源子系统合二为一,以节约资源,提高可靠性。     

航天器材料空间环境适应性评价与认定准则研究

航天器材料空间环境适应性是指航天器材料适应空间环境的能力,同时又是航天器系统级空间环境适应性的基础。确保航天器材料空间环境适应性是航天器研制初期重要环节。文章首先介绍了航天器材料的空间环境适应性类型;其次列举了材料空间环境适应性评价试验标准体系;然后分析了空间环境适应性评价手段与认定准则,包括选材阶段的评价试验、采购和使用阶段的验收试验以及空间环境适应性的认定。文章对我国航天器材料空间环境适应性评价与认定工作提出若干建议,为航天器材料选择和空间环境适应性控制提供参考。     

KM5A空间环模试验设备研制

KM5A空间环模试验设备主要用于为航天器进行地面模拟试验提供真空、冷黑及太阳辐射等空间环境。设备主要包括真空容器、真空抽气系统、热沉、氮系统、测量及数据采集系统、外热流模拟系统等。文章概要介绍了该试验设备的系统组成、主要性能指标及关键技术。     

KM5B空间环境模拟试验设备研制

为满足SAST5000平台卫星及SAR系列卫星整星真空热试验需求,研制成一套大型空间环境模拟试验设备KM5B。该设备采用整体设计、分步实施理念,现已完成立式主容器和右侧卧式容器的建设,后续还可根据需要对其进行扩展。文章概要介绍了该试验设备的技术指标、系统组成、研制特点等。KM5B是我国已建成投入使用的第二大空间环境模拟试验设备。     

真空热试验中材料放气的放气量及其导热问题

材料放气是真空热试验中常见的现象,文章分析了材料放气的过程和机理,给出了计算放气量的两种方法.对于平缓的材料出气过程,从气体扩散的角度,利用费克第二定律求解得到了平板材料模型的气体浓度分布,并由此计算出放气量;对于短时间内的剧烈放气过程,是根据放气后的抽气试验数据拟合出抽气曲线,以此反算放气量的大小.文章最后还分析了由于放气而引起的低压气体导热过程,为真空热试验中的相关问题提供了理论分析依据.     

大型空间环境模拟器热沉气氮调温系统设计与实现

文章结合某型号航天器对调温热沉试验需求,对国内外气氮调温系统进行分析调研,对某空间环境模拟器进行了气氮调温系统流程设计,对影响系统的关键参数如气氮流量、液氮体积流量及有关供气供热管径等进行分析研究和设计实施,并进行了系统调试。调试结果表明,热沉温度均匀性达到±5℃,升/降温速率均达到或超过1℃/min,满足相应的型号试验要求。