卫星用热控涂层喷涂方式研究

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1、第29卷第3期航天器环境工程2012年6月SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING335卫星用热控涂层喷涂方式研究侯鹏，张丽新，汤红涛(上海甲星工程研究所，上海200240)摘要：热控涂层是保证卫星正常工作、延长卫星在轨工作寿命的重要温控手段。传统的喷涂方式虽能满足质量要求，但存在一定的问题。文章结合卫星常用热控涂层的性能和特殊性要求，首先分析了涂层与基底材料的热学性能、力学性能，进而对各种常用喷涂方式进行适用性试验研究，最终确定无气喷涂是较适用于卫星热控涂层的喷涂方式。关键词：热控涂层；性能分析；无气喷涂；试验研究中图分类号

2、：V4165文献标识码：A文章编号：1673—1379(2012)03—0335—05DoI：10．3969(j．issn．1673一1379，2012．03．020田引言热控涂层是卫星等航天器的主要温挎手段之一。其控温原理是利用不同涂料的a。(太阳吸收比)和&(红外发射率)值来调节航天器部件对于太阳光的漫反射以及对于红外波段能量的吸收和辐射，使卫星在内外热交换过程中保持内部仪器、设备的工作温度彳i超过其额定范围，保证星上设备的正常上作。热控涂层长期暴露在真空环境中，会出现放气、质量损失等现象，不仅对其本身的性能产生影响，而且挥发出的物质有可能会污染

3、光学系统表面，造成这些表面性能下降：卫星在轨运行时经历高低温交变的环境，温差可达200℃以上，直接影响涂层的内在强度和结合强度；窄间太阳紫外辐射和粒子辐射会造成涂层的性能退化，涂层的％随着在轨暴露时问的增加而增加，使其散热能力降低：空问带电粒子也会在热控涂层表而产生静电积累，诱发静电放电，高能粒子不仅能够被卫星表而热控涂层吸收，而日可以进入性能发生复杂的物理、化学变化，导高分子物质的裂解、质量的损失，从而使得涂层的魄增加，而且被剥离的产物会成为新的污染源；一些大尺寸的空问碎片还会导致热控涂层的脱落和撕裂El-4]。本文结合卫星常用热控涂层的性能和特殊

4、性要求，分析了热控涂层与基底材料的热学性能、力学性能，进而对各种常用喷涂方式进行热控涂层的适用性试验研究，最终确定无气喷涂是较为适用于卫星热控涂层喷涂作业的喷涂方式。1常用热控涂层的性能目前卫星上常用的热控涂层按其敏感波段划分主要有两种类型，一种是太刚漫反射热控涂层，如SRl07臼漆、$781白漆；另‘种是红外波段热控涂层，如SRl07．E51黑漆、E51．M黑漆、Z306黑漆等。这些涂层主要由有机硅树脂、硅橡胶、氟橡胶、聚氨酯、有机硅．环氧树脂等高分子树脂组成，还加入了大量的锌白、碳黑作为涂层填料，使得涂层的成分更卫星内部，对设备构成威胁；原子氧会

5、使涂层表面加复杂。卫星常用热控涂层性能如表1所示。表1卫星常用热控涂层性能热辐射性能常用热控涂层喷涂厚度／I．tm黏度／(Pa·S)每25mm2颗粒度／目太阳吸收比勉。半球发射率／￡h底漆65～100SRl07白漆面漆65～100O．18±O．020．87±0．02底漆舳～100$781白漆面漆50～1000．18±0．020．87±O．0210～3080～120SRl07一E51黑漆60～1000．88±O．02E51一M黑漆60～1000．88±O．02Z306黑漆50～70收稿日期：2012．01．14；修回B期：2012．06．05基金项目：

6、上海航天技术研究院工艺预研基金项目资助作者简介：侯鹏(1984一)，男，硕士学位，从事卫星机电一体化技术研究工作。E-mail：houpengseu@yahoo．com．cn。336航天器环境工程第29卷2喷涂工件与热控涂层的热学性能及二者结合性能2．1工件的热学性能卫星常用的喷涂丁什有蜂窝板、单机和管路等，其材料一般为铝或铜。根据傅里叶定律有彩：一2A—dT，(1)出式中：≯为单位时间内热流变化量；A为导热系数，负号表示热量传递的方向与温度升高的方向相反；A为金属板的面积；d丁为金属板两侧壁的温度差；血为金属板的壁厚。为简化计算模型，假设材料内部密

7、度均匀，且空间三维热传导只发牛在一维方向上，则有日：至：一五坚，(2)一彳血式中拜为热流密度。当温度r沿一维方向增加时，若dT／dx>0而口<0，说明此时热量沿x减小的方向传递；反之，若dT／dx<0而口>0，说明此时热量沿x增加的方向传递。其中，导热系数A是表征材料导热性能优劣的参数，是一种物性参数。因此，卫星喷涂工件的导热性由材料的导热系数决定，并受温度的影响。2．2热控涂层的热学性能空间真空环境决定了热控涂层只能通过热辐射的方式进行热量交换。由斯忒藩一玻耳兹曼定律可知黑体的辐射能力为瓯(丁)=【戈(丁，兄)d五=仃丁4，(3)式中：Eb(丁)为

8、在轨道环境温度r下，黑体的辐出度；盯为斯忒藩．玻耳兹曼常量，其值为5．67×10～W／(m／-K4)。式(3