原子氧对航天器热控材料影响试验研究

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1、第29卷第4期航天器环境工程2012年8月SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING419原子氧对航天器热控材料影响试验研究111122范宇峰，韩海鹰，卢威，黄家荣，李涛，姜海富（1.北京空间飞行器总体设计部；2.北京卫星环境工程研究所：北京100094）摘要：原子氧对航天器热控材料的影响是航天器热控设计必须考虑的因素之一。文章对航天器舱外常用热控涂层和外用复合膜两类材料进行了地面原子氧及原子氧+远紫外辐照试验，试验获取了不同原子氧积分通量下涂层和复合膜的影响数据，并对热控材料实施部位性能退化的关系进行了分析，研究结果将

2、为航天器热控设计与分析提供数据支持。关键词：原子氧；热控涂层；复合膜；试验研究+中图分类号：V261.933文献标识码：A文章编号：1673-1379(2012)04-0419-06DOI：10.3969/j.issn.1673-1379.2012.04.0120引言期原子氧、太阳紫外和空间带电粒子的试验研究。本文以航天器舱外常用热控涂层和外用复合与主动流体回路热控技术相比，被动热控材料膜两类材料作为研究对象，开展了原子氧地面试验因其可靠性高、应用方便等优点，在航天器热控设及原子氧+远紫外综合地面试验研究。计中得到了广泛的应用。对航天器舱体或

3、设备表面实施热控涂层，改变其表面热物理性质，可以有效1试验件概述[1]地对其温度进行控制。1.1热控材料选取低地球轨道（LowEarthOrbit,LEO）空间环境对航天器有太阳电磁辐射、原子氧轰击与氧化、空载人飞船是运行在低地球轨道、具有代表性航间碎片撞击等作用的影响，其中具有较高能量和氧天器之一，因此本文选取载人飞船舱外用各种热控化性的原子氧（AtomicOxygen,AO）是危害航天器材料进行原子氧地面试验研究。表1给出了这些热[6]热控材料性能的最主要的空间环境因素[2]。原子氧控材料的热物理性能及其实施部位。表1载人飞船用热控材料及

4、实施部位具有高化学活性，其氧化作用远大于分子氧；同时，Table1Thelistofthermalcontrolmaterialsinthespacecraft4其具有的5.3eV碰撞动能，相当于4.8×10K的高涂层名称αsεh实施部位[3]温，这种高温氧化、高速碰撞对热控材料的影响高比值S781-C0.7±0.08返回舱0.56±0.04是非常严重的。深灰漆（αs/εh=1.25）外壁空间飞行试验是进行原子氧环境影响研究最推进舱S971绿漆0.36±0.020.85±0.02散热面直接、有效的手段，但因其费用高、技术难度大，辐射器目前以地

5、面试验研究为主。国内已经开展了部分材KS-Z白漆0.14±0.020.92±0.02外表面[4]料的原子氧地面试验，包括：2005年陈少华等人防原子氧轨道舱0.5140.826对某卫星上应用的两种有机热控涂层（改进型复合膜（灰色）外表面防原子氧推进舱S781涂层和S956涂层）进行了原子氧对太阳吸收0.210.808复合膜（白色）外表面比αs和红外发射率εh性能影响的试验研究；2009[5]1.2试验件制备及布置年傅伟纯等人对低地球轨道卫星常用热控材料（包括单面镀铝聚酰亚胺薄膜、SR107-ZK白漆、根据选取的热控材料，按照正常舱体喷涂工S7

6、81白漆和OSR片等）进行了低地球轨道5年周艺，将KS-Z白漆、高比值S781-C深灰漆和S971————————————收稿日期：2012-02-20；修回日期：2012-08-02作者简介：范宇峰（1978—），男，博士学位，高级工程师，从事载人航天器热控设计与研究。联系电话：（010）68746704；E-mail：yffan2002@163.com。420航天器环境工程第29卷212212绿漆分别喷涂在铝合金试片上；将两种防原子氧复和2.4×10atom/cm，1000ESH和4×10atom/cm，212合膜采用胶粘方法贴在铝合金试

7、片上。试验件安装2000ESH和8×10atom/cm，3000ESH和1.2×222222在专用靶台上，四周为原子氧试验样品，中心为原10atom/cm以及4000ESH和1.85×10atom/cm子氧+远紫外综合试验样品。其中，Kapton膜用于共8个阶段剂量组合。[7]原子氧束流密度标定。2.3试验顺序2试验设备及试验方案第一步，采用铝箔对单独原子氧暴露样品（靶台四周区域）进行遮挡，进行要求剂量的远紫外辐2.1试验设备照试验；第二步，拆除铝箔遮挡，进行要求剂量的本研究在北京卫星环境工程研究所部件级原子原子氧试验；两步试验完成后，取出样

8、品进行相关氧环境模拟设备上完成。该设备采用ECR法产生氧要求测试。再按照上述步骤进行下一个剂量组合要等离子体，在磁镜场等离子体区放置大面积金属钼板求的远紫外辐照和原