利用载人航天器进行热控涂层舱外搭载试验研究

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1、第28卷第6期航天器环境工程2011年12月SPACECRAFTENVIRONMENTEN(jINEERING605利用载人航天器进行热控涂层舱外搭载试验研究霍佳婧1，白明生1，魏传锋1，韩海鹰2，满广龙2(1．中国空间技术研究院载人航天总体部，北京100094；2．北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要：为了解空间环境对热控涂层性能的影响，文章设计了舱外热控涂层搭栽试验方案，包括试验件配置、在轨试验和回收方法。试验件在轨试验期间安放在载人航天器密封舱前舱门外，暴露于空间环境中；在实现对接

2、、建立组合体后，航天员不需太空行走即可实施对搭载试验件的回收及再次安装等操作。该方案若成功应用并回收试验件至地面，我国将首次获得热控涂层空间飞行试验数据。关键词：舱外搭载试验；热控涂层；空间环境；载人航天器中图分类号：V417+．6文献标识码：A文章编号：1673-1379(2011)06—0605—04DOI：10．3969／j．issn．1673-1379．2011．06．0200引言从20世纪80年代开始，以美国为代表的国外航天发达国家利用其空间专项试验平台和航天飞机进行了大量的空间环境效应飞

3、行试验，用以积累环境效应数据并验证地面模拟试验的结果。其中最具代表性的试验项目为NASA的长期暴露实验装置(LDEF)及其试验工作。LDEF在轨停留了5．7年(约69个月)，经历了半个太阳活动周期，这次飞行试验获得的成果直到现在依然是航天器设计的重要参考资料12j。在试验舱上建立具有一定规模的长期暴露平台，并通过多次的出舱太空行走来进行操作，以完成相关试验。由于我国目前技术条件的限制，建立长期暴露平台的条件尚不成熟。本文提出了一种在不影响正常任务、不需要改变飞行器设计的条件下，在前舱门外侧布置搭载试

4、验装置，开展热控涂层暴露试验的方案。执行交会对接任务的载人航天器在对接前自主飞行，前舱门外表面暴露在空间环境中；对接成功建立组合体后，此时舱f-J5'b表面在组合体密封空间内，航天员可实现对搭载试验件的安装、回收等操作。l舱外暴露搭载试验利用航天器(卫星、飞船或航天飞机、空间站)进行的空间科学实验，基本上可分属3大类，即加(充)压(密封)舱内试验、非密封舱内试验、暴露(舱外)试验。随着空间科学研究的深入和载人航天空间探测的发展，暴露试验引起了人们更多的关注和重视。暴露试验是指把试验装置或试验样品(材

5、料、元器件或设备)放置于航天器的桁架或外表面，使之直接暴露于空间环境之中所进行的各种试验。与密封或非密封舱内试验相比，暴露试验的空间环境既不同于非密封舱内环境(屏蔽)，也有别于航天器加压舱的环境(非真空和屏蔽)，它包括微重力、高真空、来自太阳及外太空的各种辐射、剧烈的温度变化、等离子体、原子氧、微流星体／空间碎片等等【11。可开展的舱外暴露搭载试验主要有：1)空间环境下功能材料性能变化研究；2)空间环境下的航天医学、生物实验和制药研究；3)空间天体物理学研究；4)天文观测；5)空间环境下其他基础研究

6、。下面将重点介绍利用载人航天器开展热控涂层材料的舱外搭载试验。收稿日期：2011．10．26；修回日期：2011-11-23基金项目：国家重大科技专项工程作者简介：霍佳婧(1986一)，女，硕士学位，从事载人航天器产品环境试验设计及研究。联系电话：(010)68745696；E-mail：hjj-340504@126．com。航天器环境工程第28卷2热控涂层直接暴露试验需求分析运行于低地球轨道的航天器，其表面所使用的热控涂层直接暴露在空间环境下，要经受带电粒子、紫外辐照、原子氧、高真空以及航天器表面

7、释放出的污染物的影响，使太阳吸收比a。增大(红外发射率变化很小或不受影响)，从而会影响热控系统的性能。为了保证仪器设备在整个寿命周期中正常工作的温度环境，准确掌握热控涂层在轨性能数据的变化情况对热控设计和热分析至关重要。目前关于近地轨道卫星热控涂层的性能退化尚没有准确的数据，热设计中通常参考地球同步轨道飞行数据、地面退化试验数据或国外相近涂层的飞行数据。由于空间和地面两种环境的差异、地面模拟试验的误差以及国产涂层与国外涂层之间性能不一致，设计计算选用的有些参数不能准确体现实际在轨的情况，验证在轨环境

8、对热控涂层的影响有着显著的工程意义。3热控涂层舱外搭载试验方案3．1约束条件对于执行交会对接任务载人航天器前舱门的搭载试验，有以下几个约束条件。1)系统约束①满足布局设计条件与机械接口条件；②对航天器系统无电能供应、测控指令需求；③不需要采取专门的温湿度控制措施，不影响航天器的系统热控方案。2)交会对接任务约束①不影响对接机构动作；②不影响敏感器视场，不增加光干扰源；③试验不产生多余物，不得对其他产品造成污染。3)航天员操作约束①不影响舱门的开启和关闭：②不需要航天员