卫星振动试验中推力的估算方法

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1、第30卷第2期航天器环境工程2013年4月SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING151激光驱动微小碎片对石英玻璃撞击损伤效应试验研究111222宋丽红，魏强,高承，白羽,郑慧奇，王志浩（1.天津大学材料科学与工程学院天津市材料复合与功能化重点实验室，天津300072；2.北京卫星环境工程研究所，北京100094）摘要：空间碎片撞击对航天器表面材料性能具有很重要的影响。文章从碎片对材料撞击作用角度出发，使用激光驱动飞片技术对光学玻璃进行了撞击试验研究。为了便于对撞击损伤机理的研究和效应评价，开展了单次撞击试验和多次

2、撞击试验，并对这些试验进行了测试分析。试验表明：高速飞片与撞击靶损伤处有很好的对应关系，且高速飞片撞击对石英玻璃表面造成了损伤结构，进而导致光透过率下降。关键词：脉冲激光；飞片；石英玻璃；撞击损伤中图分类号：V524.3文献标志码：A文章编号：1673-1379(2013)02-0151-04DOI：10.3969/j.issn.1673-1379.2013.02.008[5]0引言气炮主要用于mm量级弹丸的超高速发射；等离[6]子体加速器适用于微粒子群的发射，以开展累积对空间碎片的探测表明，空间碎片的数量随尺损伤效应研究，但撞击的粒子与

3、损伤处无法形成对寸的减小而成倍增加。相对于大碎片而言，空间微[7]应关系；粉尘静电加速器可用于驱动发射数十nm小碎片单次撞击虽不足以产生严重后果，但由于其[1-2]到几μm的粉尘粒子，但不易实现粉尘粒子的单次数量巨大，长期累积撞击效应不可忽视。从哈[8]撞击；电磁炮加速器也称为脉冲能量电磁炮，常勃太空望远镜（HST）、欧洲可回收平台（EURECA）用来发射mm级超高速单粒子弹丸（非金属材质），和长期暴露装置（LDEF）等低轨道航天器或部件的回收研究中均发现了大量的微小碎片撞击坑[3]。但所加速的飞片速度要小于二级轻气炮。在每次执行飞行任务

4、的检查中均发现了航天飞机激光驱动飞片技术适用于发射μm级飞片，与舷窗玻璃的碎片撞击坑或损伤情况，说明玻璃在碎其他模拟方法相比其结构简单、成本较低、发射碎片环境中是易受伤的材料。空间光学系统在工作片粒子种类没有限制，易与其他环境集成为综合环[2]时，其镜头直接暴露在空间环境中，容易遭受微小境模拟设备，且没有化学污染和电磁干扰。尤其碎片的撞击，会对镜头的光学性能造成严重影响。可形成飞片与撞击处的一一对应关系，是等离子体因此，开展光学材料的微小碎片撞击效应研究，对加速器、粉尘静电加速器所不具备的。因此，本文于提高空间光学系统在轨服役的可靠性与延

5、长其利用激光驱动技术开展微小碎片撞击对石英玻璃[4]光学性能的影响研究。使用寿命具有十分重要的意义。地面模拟试验是开展空间微小碎片撞击效应1试验系统研究的重要手段，目前国内外已有的试验技术手段1.1激光驱动飞片装置主要有二级轻气炮、等离子体加速器、粉尘静电加速器、电磁炮加速器和激光驱动飞片试验装置等。本文研究所使用的激光驱动飞片装置见图1。每种地面模拟方法均具有不同的适用特点：二级轻其工作原理为：在石英玻璃基底上粘贴或沉积了一————————————收稿日期：2012-10-18；修回日期：2013-03-09基金项目：国家自然科学基金（

6、项目编号：41274191）作者简介：宋丽红（1987—），女，硕士研究生，从事空间碎片环境地面模拟研究；联系电话：（022）27402494。通信作者：魏强，(1978—)，男，博士学位，副教授，长期从事空间环境与材料工程研究；E-mail:spacematerials@163.com。152航天器环境工程第30卷层铝薄膜，用激光器发射一束高强度激光脉冲透过使用此种方法测定飞片速度简单易行，但存在基底材料入射到铝薄膜上，致使被照射的膜表面瞬一定的误差。在实施当中须注意：应防止飞片直接间加热蒸发、气化和电离，产生高温高压的等离子撞击到PV

7、DF；另外，还要求两根连接PVDF的信体，即在铝薄膜和基底所形成的腔中产生了等离子号线与示波器端口的输入线严格一致。体产生的高压冲击波。铝薄膜又在冲击波作用下内2试验结果部有了张力，当张力超过铝材料的抗拉强度时，就2.1单次损伤效应会在薄膜上产生裂纹，最终将铝膜片剪切下来，并在高压冲击波的驱动下形成了超高速飞片，撞击到试验中，使用不同能量的激光脉冲照射铝薄膜[9]作为撞击靶的石英玻璃上。以驱动生成高速飞片，撞击后用光学显微镜对基底的石英玻璃和撞击靶处的损伤形貌进行观测。激光脉冲能量依次设定为340mJ、250mJ和160mJ。表1给出了3

8、种能量的激光照射厚度为16μm的铝薄膜所形成飞片的尺寸和速度。由表1可见飞片速图1激光驱动飞片装置度与激光能量之间为非线性关系，说明其速度还与Fig.1Setupoflaser-drivenf