分子吸附器在航天器污染控制中的应用研究

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1、第29卷第6期航天器环境工程2012年12月SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING625分子吸附器在航天器污染控制中的应用研究院小雪2，易忠1一，李娜2，臧卫国2杨东升1，2(1．可靠性与环境工程技术熏点实验室；2．北京卫星环境工程研究所：北京100094)摘要：文章对分子吸附器这种新型的在轨清除航天器分子污染物的方法进行机理分析，研究分子吸附剂；和基底材料的选择方法，探讨分子吸附器的吸收力和有效黏附系数的测定方案等，并简要介绍国内的研究现状分析国内外的差距，提出发展建议。关键词：分子吸附器；吸收力；黏附系数；污染控制中图

2、分类号：0552．3+3：V520文献标识码：A文章编号：1673—1379(2012)06—0625—04DOI：10．3969／j．issn．1673—1379．2012．06．0060引言空间环境中，航天器的污染源主要有部组件的材料放气、姿控发动机的喷射和空间环境的协合效应等。沉积在航天器光学表面和热控表面上的污染物可以导致这些表面的性能严重衰减¨之J，而沉积在太阳电池阵表面的污染物会导致太阳电池阵输出功率下降，严重时可能导致其失效pJ，从而影响航天器的寿命。当这些污染物在卫星的敏感光学部件上沉积时，就会对这些光学部件的性能产生影响。特别是当

3、污染物逐渐形成颗粒状时，散射性能极大增强，可能导致：1)由于吸收和散射作用，削弱光信号；2)波阵面产生误差；3)散射不需要的辐射到成像平面；4)散射目标的辐射，在焦平面上产生未聚焦的背景噪声。如：当卫星观测一明亮物体旁边的模糊物体时，明亮物体发出的光会被主镜和辅镜上的粒子散射到焦平面上，使得观测模糊物体非常困难。另外，当卫星使用高能激光系统时，镜面上的粒子将被激光束加热蒸发，可能导致光束控制系统、目标跟踪系统和高能量束控制光学元件的损坏。为了减小这些危害，就需要在制造、总装、测试和发射阶段进行严格的污染控制，尤其是对污染敏感元器件。这需要花费大量的

4、人力物力，而且还不能从根本上解决卫星在空问受到污染的问题。因此，迫切要求能够实现在轨清除污染，并以较少的花费来解决以上问题。近年来，为了改善和提高航天器光学系统和热控系统的性能，在加强地面污染控制的同时，对航天器在轨污染控制也开展了相关的研究工作。其中，分子吸附器是航天器在轨清除污染物的新技术一J，是控制空间环境下分子污染物水平的新方法。该技术是在航天器一定区域内利用吸收力强的吸附材料对污染物分子的吸附作用来降低航天器该区域内的污染水平，从而阻止污染物分子到达航：天器敏感表面。1国内外情况介绍国外早在20世纪80年代初期就开始了在轨清除污染物方法的

5、研究，研究了表面擦洗、高压溶剂喷洗和C02冰晶吹洗等去除表面粒子的方法，并进行了相关的试验。经过试验研究发现，表面擦洗和高压溶剂喷洗是去除表面粒子最有效的方法。但是这两种方法有时也会对光学表面产生影响，如：当一个光学部件被安装在一个系统内部，_i易接触到，要想进行表面擦洗就比较困难，而且表面擦洗容易造成表面的划伤，导致光学元件损坏；在使用液体高压溶剂喷洗的方法时，溶剂可能会与周围的硬件、电子元件等发生反应，反而使光学表面的污染物增多。C02冰晶吹洗方法主要用于在轨颗粒物的清洗。低温制冷设备可以达到在轨清除污染的目的，但是能耗大，寿命短。因此，后来发

6、展了利用分子吸附器来清除航天器污染的方法。收稿日期：2012．01—13；修回日期：2012—09—26基金项目：北京卫星环境工程研究所自主研发项目作者简介：院小雪(1980一)，女，硕士学位，高级工程师，从事航天器污染检测与控制_T-作。E-mail：yuanxiaoxue@yahoo．cn。航天器环境工程第29卷哈勃太空望远镜在很多元器件上都用到了分子吸附器，如热带雨林探测任务(TropicalRainfallMeasuringMission，TRMM)、广角行星相机(WideFieldPlanetaryCamem，WFPC，如图l所示)和精密

7、导航传感器(FineGuidanceSensor,FGS，如图2所示)。TRMM将分子吸附器安装在电子空穴的入口处。WFPC的焦平面探测器的运行温度为一88℃，具有很低的污染限，在其上安装分子吸附器可以减少沉积在探测器上的污染量。FGS在第一次飞行任务结束之后重新改型，在内部和外部都安装了分子吸附器来降低到达污染敏感器件的放气分子数目，从而满足科学仪器不断提高的精度要求。图1WFPCl：安装分子吸附器Fig．1MolecularadsorberOilWFPC闺2FGS上安装分子吸附器Fig．2MolecularadsorbersOnFGS我国虽然在

8、地面清除污染物方面做了一些研究，然而，对在轨清除污染物方面的报道很少。2分子吸附器性能研究2．1分子吸附器的性能参数分子吸