1 中国科学院 上海硅酸盐研究所, 中国科学院特种无机涂层重点实验室, 上海 200050
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100049
聚合物材料具有质量轻、强度高等优点, 常被用作航天器表面的复合结构基材。原子氧是低地球轨道空间中成分含量最高的粒子之一, 对暴露在航天器表面的聚合物材料易形成大通量、高能量轰击, 造成其表面氧化侵蚀和质量损失, 使聚合物材料的性能发生不同程度的衰退, 也是导致航天器件可靠性降低、工作寿命缩短的主要环境因素。本文对当前国内外通用的几种聚合物材料表面原子氧防护技术进行了整理归纳, 其中表面化学改性方法结合了体材改性和常用防护涂层的优点, 得到的有机/无机复合改性防护层具有较好的综合防护性能。文中分析了近年来由计算模拟法开展原子氧与表面防护材料相关作用机理的研究, 指出采用计算模拟结合试验的研究方法, 有可能从本质上揭示复合改性层与原子氧的作用机理, 从而促进原子氧防护材料与防护技术的研究发展。
原子氧 聚合物 空间防护 表面改性 聚酰亚胺 计算模拟 综述 atomic oxygen polymer space protection surface modification polyimide computational simulation review
中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
选择金属膜层材料Ag和Ta2O5、SiO2、Al2O3等多种介质薄膜材料,在石英基底上设计和制备了保偏反射镜,其在810 nm和850 nm波长处的偏振对比度优于10000∶1。结合保偏反射镜所处的轨道环境,进行了原子氧模拟实验,研究了保偏反射镜样品偏振对比度的变化规律。结果表明,随着原子氧剂量的增加,保偏反射镜的偏振对比度呈衰减趋势,且+45°、-45°方向的衰减较水平(H)、垂直(V)方向的更明显。
薄膜 保偏反射镜 低地球轨道 原子氧 偏振对比度 光学学报
2018, 38(11): 1131001
1 北京卫星环境工程研究所 可靠性与环境工程技术重点实验室, 北京 100094
2 中国石油天然气管道局东南亚项目经理部, 河北 廊坊 065000
3 北京工业大学 材料学院, 北京 100124
在激光源原子氧地面模拟设备中对Kapton/Al薄膜二次表面镜进行了原子氧与紫外综合辐照实验，研究了Kapton/Al薄膜质量及太阳吸收比的变化，重点关注了实验前后Kapton/Al薄膜表面结构及成份的改变。结果表明：Kapton/Al薄膜二次表面镜的质量随辐照时间的增加逐渐减小，太阳吸收比的变化趋势与之相反，随辐照时间的增加逐渐增大；综合辐照后Kapton/Al薄膜表面主要官能团数量呈下降趋势；综合辐照过程中材料表面C-C键、C-N键的破坏及在原子氧和紫外环境中重新结合成新的化学结构是造成Kapton/Al薄膜性能退化的主要微观机制，气体小分子的挥发是造成Kapton/Al薄膜质量损失的主要原因。
原子氧 紫外 辐照 表面结构 atomic oxygen ultraviolet irradiation Kapton/Al Kapton/Al surface structure 强激光与粒子束
2015, 27(12): 124006
针对原子氧地面模拟设备需要通过电流源形成磁镜效应对其发射度进行约束,以及用于原子氧参数测试仪器校准,研制了一款基于运算放大器的精密压控恒流源.为了防止恒流源的供电电源纹波对电路性能的影响,又配套研制一款开关电源滤波器.最后测试表明:开关电源滤波器能有效减少电源噪声,+15 V电源的纹波系数降到万分之一,恒流源输出电流10 pA~1 A,精度500 fA,其稳定和负载稳定性优异.
原子氧 恒流源 开关电源滤波器 运算放大器 纹波 atomic oxygen constant current source switching power supply filter operational amplifier ripple 强激光与粒子束
2015, 27(8): 082002
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
考虑在低地球轨道中热控材料的性能变化直接影响航天器的温度, 本文从3个方面研究了多层隔热组件的在轨性能变化。首先, 介绍了地面模拟空间环境对热控材料的破坏试验; 然后, 重点对比分析了哈勃望远镜、长期暴露装置和国际空间站上多层隔热组件样本的试验数据,得到了相关的材料性能结果; 最后, 详细描述了哈勃望远镜维修用多层隔热组件面膜的地面筛选试验。通过对比在轨飞行数据和地面试验数据发现, 影响近地轨道卫星多层隔热组件面膜寿命的首要因素是原子氧和温度循环的共同作用, 紫外照射和带电粒子的影响相对较弱。该结论为地面加速试验的规划与修正和长寿命航天器的热设计提供了参考依据。
低地球轨道 多层隔热组件 原子氧 哈勃望远镜 low earth orbit multi-layer insulation atomic oxygen Hubble space telescope
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对空间对接时某些载荷表面喷涂的涂层受原子氧剥蚀的影响发生反射率退化,从而改变涂层成像特性的问题, 本文利用反射率退化一般规律数学模型计算出了在空间经常使用的SR107-ZK白漆两年衰减后的反射率理论值, 并根据此理论值为光学系统选择了适当的CCD。按照地球低轨(LEO)飞行两年的太空环境条件, 对SR107-ZK白漆试块进行了单一原子氧辐射试验。结果显示, 1.8×1022 atom/cm2原子氧通量辐射后的试验数据为0.814, 与数学模型模拟计算的数值0.793较为接近, 说明了数学模型理论的正确性。对辐射后的试块进行了成像试验, 结果表明CCD的合理选择是光学系统对反射率下降试块良好成像的关键, 进一步证实了数学模型的可靠性, 为今后此类工作提供了重要的依据。
SR107-ZK白漆 原子氧 反射率测量 电荷耦合器件 光学成像 SR107-ZK white paint atomic oxygen reflectivity measurement charge Coupled Device(CCD) optical imaging 光学 精密工程
2012, 20(12): 2607
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033
2 中国科学院 研究生院, 北京 100039
为了保证空间光学遥感器所需温度条件, 以被动热控为主、主动热控为辅的原则对其进行了热设计。分析了其轨道环境特点, 计算了遥感器轨道寿命内原子氧通量,选择了一种玻纤增强聚四氟乙烯复合膜(β布)作为多层隔热组件面膜。根据其工作模式和外热流特点, 确定了三个极端工况, 以对日低温工况热设计为主要对象。热试验结果表明: 热设计满足遥感器光学系统温度指标, 热控方案可行。热设计方法对其它低轨道、低能量航天器热设计具有一定的指导和借鉴作用。
热设计 光学遥感器 低轨道 低能量 原子氧 thermal design optical remote sensor LEO low energy AO CCD CCD
1 上海大学材料研究所,上海,200072
2 金属腐蚀与防护国家重点实验室,辽宁,沈阳,110015
3 东北大学物理系,辽宁,沈阳,110006
采用微波同轴耦合氧气放电产生高密度氧等离子体,经磁场约束后与一施加负偏压的金属板碰撞复合并反射,得到通量在1013～1016 atoms·cm-2·s-1范围可控、动能约为6～10eV的中性氧原子束流。用双探针技术对生成的氧等离子体进行了诊断测量。根据聚酰亚胺在原子氧作用下的剥蚀率对原子氧束流进行了标定测量。
原子氧束流 高通量 氧等离子体 复合 磁约束 atomic oxygen beam high flux oxygen plasma coaxial coupling magnetic confine
