航天器表面污染物质沉积变化和控制因子评估

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1、2015年5月第41卷第5期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsMav2015V01．41No．5http：／／bhxb．buaa．edu．cajbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2014．0376航天器表面污染物质沉积变化和控制因子评估唐萍1’2，朱光武“，秦国泰1，李永平1，何玉梅1(1．中国科学院空间科学与应用研究中心，北京100190；2．中国科学院大学，北京100049)

2、摘要：航天器进入空间环境以后，空间环境分子污染和颗粒污染形成了航天器表面污染层，从而对航天器的各技术分系统产生不同的负面影响．介绍了中外中轨道航天器表面污染物质沉积变化在轨探测结果，并对污染物质沉积量变化和控制因子做初步评估．结果表明，污染物质沉积量在航天器入轨初期的1～2年内受航天器自身出气物质量、放气速率、表面温度及所处的气流方向等因子所控制．初期沉积量大，正是受到航天器入轨后自身出气量大、放气速率较高的控制，同时迎风面比背风面沉积量大．入轨后期表面沉积量长期变化呈现出明显的降变或缓慢涨落，而且具有全向性特征，因此探讨了

3、具有全向性影响能力的控制因子相关特性，其中高能粒子通量和太阳紫外辐射通量变化可能是主要控制因子．关键词：微质量计；航天器表面污染；质量沉积；MSX卫星；高能粒子通量中图分类号：V123．4文献标识码：A文章编号：1001．5965(2015)05-0891-06真空环境下，航天器内部和表面所携带的随表面温度变化的出气物质以及航天器推力器调姿调轨产生的分子污染、自身携带上去的微尘以及羽流颗粒污染等污染物质会发生输运、扩散、解吸、分解、光化、氧化等物理和化学过程，沉积在航天器表面，在相应的表面和温度条件下形成沉积层¨。31．空间

4、环境中诸多因素H1(中性原子氧、高能粒子、太阳紫外辐射、空间碎片及微流星等)在与航天器表面相互作用所产生的物质也是形成污染物质沉积层的根源，同时相互作用时溅射、剥蚀等反应也可能是污染物质层耗散的主要控制因子¨。51．这种污染物质沉积层会造成航天器一些重要技术分系统(如能源分系统、温控分系统以及光学遥感分系统等)的表面材料性能衰减，效率下降，严重者可产生航天器在轨故障”9。，降低航天器在轨使用寿命．早在1969年，美国OGO-6(OrbitingGeophysi—calObservatory)航天器上应用石英晶体微量天平(Qu

5、artzCrystalMicrobalance，QCM)进行了航天器表面污染的在轨监测¨0。111．此后，石英晶体微量天平被广泛地应用于航天器的在轨污染监测．1996年4月发射的MSX(MidcourseSpaceExperi．ment)卫星上搭载了多台QCM，通过长期在轨监测，获得了典型的中轨道(太阳同步轨道)航天器表面污染物质沉积变化数据¨2。”1．2011年后中国在中轨道航天器上也设置了自行研制“QCM”探测器，同样获得了中轨道航天器表面污染物质沉积变化数据Ⅲ-．本文将主要利用中国中轨道航天器表面污染物质探测数据，同时

6、结合美国“MSX”航天器的监测结果，着重探讨中轨道航天器表面污染物质变化及其控制因子评估．考虑到文中所涉及中轨道航天收稿日期：2014-06-23；录用日期：2014-08-28；网络出版时间：2014-09—2914：32网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／doi／10．13700／j．bh．1001．5965．2014．0376．html基金项目：空间科学先导专项(XDA04072000)；中国科学院空间科学战略性先导科技专项(XDA04060202)；国家自然科学基金(41204128)作者简介：唐萍(1

7、983一)，女，湖北咸宁人，博士研究生，tangping@nssc．ac．cn+通讯作者：朱光武(1943一)，男，江苏武进人，研究员，zhugw@nssc．ac．ca，主要研究方向为空间探测技术．；f用格式：唐萍，朵光武，秦目泰，等．航天器表面污染物质沉积变化和控制团子评估口J．北京航空航天大学学报，2015，41f5)：891—896．TangP．ZhuGW，QinGT，eta1．Changesofcontaminationdepositiononspacecraftsurfaceandevaluationofcontr

8、olfactors￡11．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，41t5)：891-896(inChinese)．892北京航空航天大学学报2015年器运行高度在800～1200km，原子氧通量大概在10⋯a