低轨载人航天器原子氧环境仿真分析技术.pdf

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1、第２０卷第５期载人航天Ｖｏｌ．２０Ｎｏ．５２０１４年９月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＳｅｐ．２０１４低轨载人航天器原子氧环境仿真分析技术１１２，３２安晶，魏传锋，杨东升，翟睿琼（１．北京空间技术研制试验中心，北京１０００９４；２．北京卫星环境工程研究所，北京１０００９４；３．可靠性与环境工程技术重点实验室，北京１０００９４）摘要：原子氧是影响低地球轨道航天器在轨性能的重要空间环境因素之一，其氧化性对航天器表面材料及舱外组件造成损伤，严重影响航天器在轨寿命。针对此问题提出了一种原子氧仿真分析方法，以此对长期低轨运行的载人航天器模型在轨期间表面遭受到的原子氧累积通

2、量进行分析，仿真结果与ＮＡＳＡ实测飞行数据比较，二者吻合很好。本仿真计算方法可用于低轨飞行器原子氧防护设计，仿真结果可作为试验依据。关键词：载人航天器；原子氧；仿真技术＋中图分类号：Ｖ４２３．４１；Ｐ４１２．２７文献标识码：Ａ文章编号：１６７４⁃５８２５（２０１４）０５⁃０４８６⁃０５ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆＡｔｏｍｉｃＯｘｙｇｅｎｆｏｒＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｃｒａｆｔｉｎＬｏｗＥａｒｔｈＯｒｂｉｔＳｐａｃｅＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ１１２，３２ＡＮＪｉｎｇ，ＷＥＩＣｈｕａｎｆｅｎｇ，ＹＡＮＧＤｏｎｇｓｈｅｎｇ，ＺＨＡＩＲｕｉｑｉｏｎｇ（１?Ｂｅｉｊｉ

3、ｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅＳｙｓｔｅｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ；２．ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｐａｃｅｃｒａｆｔＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ；３?ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｎＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｔｏｍｉｃｏｘｙｇｅｎ（ＡＯ）ｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｅｎｖｉｒ

4、ｏｎｍｅｎｔａｌｆａｃｔｏｒｓｉｍｐａｃｔｉｎｇｓｐａｃｅ⁃ｃｒａｆｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎＬＥＯｓｐａｃｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｍａｔｅｒｉａｌｓｕｓｅｄｏｎｔｈｅｅｘｔｅｒｉｏｒｏｆｓｐａｃｅｃｒａｆｔｃａｎ，ｉｎｍｏｓｔｃａｓｅｓ，ｂｅｅｒｏｄｅｄａｗａｙｔｈｒｏｕｇｈｒｅａｃｔｉｏｎｗｉｔｈＡＯ．Ｔｈｅａｔｏｍｉｃｏｘｙｇｅｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｍａｎ⁃ｎｅｄｓｐａｃｅｃｒａｆｔｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅａｔｏｍｉｃｏｘｙｇｅｎｆｌｕｅｎｃｅ／ｆｌｕｘｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｕｒ⁃ｆａｃｅｓ．Ｔｈ

5、ｅｄｅｖｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｆｒｏｍｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｄａｔａｏｆＮＡＳＡｉｓｎｅｇｌｉｇｉｂｌｅ，ｓｏｉｔｃａｎｂｅｕｓｅｄａｓａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｓｐａｃｅｃｒａｆｔｄｅｓｉｇｎｅｒｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｎｎｅｄｓｐａｃｅｃｒａｆｔ；ａｔｏｍｉｃｏｘｙｇｅｎ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅ了半透明的淡黄色。由于聚酰亚胺材料在真空及１引言紫外环境里有良好的稳定性，人们提出了原子氧原子氧是指低地球轨道（ＬＥＯ，２００～７００ｋｍ碰撞造成聚酰亚胺表面氧化降解的假设。航天飞高度）上由地球大气中氧分子分解的具有强氧

6、化机第二次飞行任务除了证明了这个假设外，还表［２］性的原子态氧。在这个轨道高度上，气体总压力明了原子氧环境效应的严重性。－５－７为１０～１０Ｐａ，环境组分有Ｎ、Ｏ、Ａｒ、Ｈｅ、Ｈ在ＬＥＯ运行的航天器，原子氧粒子将以平均２２６９３及Ｏ等，相应的粒子密度约为１０～１０／ｃｍ。原７～８ｋｍ／ｓ的速度撞击航天器表面，产生的碰撞［１］子氧在残余大气中占约８０％。１９８１年第一次动能约５ｅＶ，由于原子氧的强氧化性，这一过程航天飞机飞行以后，人们目视检查时发现航天飞会引起航天器表面暴露材料的剥蚀和光、热、电及［３］机上一个由聚酰亚胺薄膜制成的电视摄像机的热机械性能的退化，影响航天

7、器寿命。为实现控垫表面，由正常情况下光泽透明的琥珀色变成ＬＥＯ航天器在轨运行的长寿命和高可靠性，必须收稿日期：２０１４⁃０２⁃１２；修回日期：２０１４⁃０８⁃２３作者简介：安晶（１９８５⁃），女，硕士，工程师，研究方向为空间环境分析与防护。Ｅ⁃ｍａｉｌ：ａｎｊｉｎｇ＿ｌｉｂｒａ＠１６３．ｃｏｍ第５期安晶，等．低轨载人航天器原子氧环境仿真分析技术４８７深入研究轨道原子氧环境，采用仿真分析方法对感，部分复合材料在原子氧环境中的稳定性和耐其寿命期内表面原子氧通量进行准确评估，能够久性也很差，大部分碳氢聚合物的剥蚀以化学反［５，６］对航天器表面材料的合理选取、防护及其寿