空间辐照环境对光学材料作用效应的模拟研究

介绍了对材料有重要影响的空间辐照环境 ,并利用地面模拟设备对某些遥感光学材料在空间辐照环境下的行为进行研究。结果表明 ,以质子、电子和太阳紫外线为代表的空间辐照环境在光学材料中产生表面剥蚀、着色、诱发表面污染和充放电等效应 。

空间辐照环境及红外光子探测器的辐照效应

红外探测器技术在20世纪获得了巨大的发展,其在空间遥感领域的应用也越来越广。外层空间中存在着各种辐射,这就给红外探测器提出了抗辐射要求。本文首先总结了当前对空间辐照环境的认识,其中包括宇宙射线、地球辐射带、太阳粒子事件、大气中的次级成分、太空飞行器内部的次级成分,然后按照时间顺序对当前器件辐照效应的研究现状进行了综述。

高稳晶振在空间辐照条件下的频率特性变化

在空间恶劣环境下要求星载高稳晶振正常有效地工作,需要对其在空间辐照环境下的频率特性变化进行研究,利用地面辐照设备模拟空间辐照环境,通过不断增加辐照剂量,研究晶振相位噪声、短期频率稳定度、谐杂波以及输出功率等特性。

实现“人机共存”的上层空间紫外辐照系统的应用及研究进展

目前预防空气中病原体传播的重要性日益凸显,寻求有效的空气消杀技术变得至关重要。上层空间紫外辐照技术作为一种高效、经济且满足“人机共存”的空气消杀解决方案,已应用于针对预防结核传播中。随着固态紫外光源的发展,新型上层空间紫外辐照系统相较于传统系统,在光源升级、光束整形、结构设计等方面均有提升。光束整形的优化可使紫外线更精准地照射目标区域,提高消毒效果。本文综述了上层紫外线辐照系统的技术原理、研发现状、应用领域,并对未来发展趋势进行了展望。

耐空间辐射环氧树脂基碳纤维增强复合材料制备与性能

在空间环境中,原子氧辐照、紫外线辐照等空间射线会影响空间结构用复合材料的性能和使用寿命,制备耐空间辐照的复合材料对空间结构的运行安全尤为重要。以具有较高力学性能、较好的工艺性能的耐空间辐射环氧树脂为基体,以T300碳纤维为增强体,采用热熔法制备了单位面积纤维质量为(35±2)g/m^(2)的超薄预浸料。采用超薄预浸料制备耐空间辐射复合材料层合板,表征了复合材料层压板的耐原子氧性能、耐紫外辐照性能和真空逸出等性能。实验结果表明,经5×10^(20)atoms/cm^(2)积分通量的原子氧侵蚀后,复合材料0(°)拉伸强度和90(°)拉伸强度分别下降11%和5.5%,质量损失0.32%。经总剂量为3000 ESH紫外辐照后,复合材料0(°)拉伸强度下降1.6%,90(°)拉伸强度提高14.3%。真空环境下24 h,复合材料的总质量损失(TML)<1%,可凝挥发物<0.1%(材料置于125℃,低于7×10^(-3)Pa)。本文制备的碳纤维增强复合材料具有优异的耐空间辐照性能,保持了较高的力学性能,可作为航天大型空间结构用复合材料。

玻璃空间电离辐照着色研究

对几种玻璃(K9-HL玻璃、JGS3石英玻璃、K509玻璃以及JGS1石英玻璃)在电离辐照(质子、电子)作用下的光学稳定性进行了系统研究,并以此为基础,通过空间电离辐照在玻璃作用的模拟计算,对这几种玻璃在轨(近地点350 km,远地点425 km,轨道倾角51.6o)光学寿命进行了预测.在该轨道使用10年时,K9-HL玻璃可见光透过率可能出现明显下降,而JGS3石英玻璃、K509玻璃以及JGS1石英玻璃的可见光透过率保持不变或变化很小.由于绝大多数空间粒子穿透能力小,空间电离辐照仅能造成玻璃表层的着色.因此,长期在轨航天器舷窗可加一防电离辐照层以减少内层玻璃接受的电离辐照量,而该层玻璃可采用石英玻璃.

玻璃空间电离辐照着色损伤动力学研究

空间电离辐照主要由能量连续变化的粒子组成,绝大多数粒子穿透能力小,因此,空间电离辐照对玻璃的着色损伤必然随深度而呈现一种复杂的变化,针对这一现象,并且考虑到玻璃中色心的弛豫消失,本工作建立了一种适用于玻璃空间电离辐照着色损伤动力学研究的方法.以K9-HL玻璃为研究对象,利用空间电离辐照作用在玻璃中随深度变化的Monte Carlo模拟结果,研究了该玻璃在轨(近地点350 km,远地点425 km,轨道倾角51.6°)电离辐照着色损伤过程,讨论了航天器用玻璃抗辐照性能考核方法,分析了玻璃空间电离辐照着色损伤的深度分布,提出了航天器用玻璃材料抗电离辐照损伤加固的关键点.此外,对不同石英玻璃防电离辐照层保护的K9-HL玻璃在轨光学性能做了研究.

空间质子与电子综合辐照作用下甲基硅橡胶破坏模型

利用空间辐照环境模拟设备对甲基硅橡胶进行了质子、电子综合辐照试验 .质子、电子的辐照能量均为 15 0keV ,辐照剂量均为 10 16cm-2 .质谱测试发现 ,综合辐照过程中有CH3 Si(O)CH3 气体生成 .量子化学计算表明 ,H+ 直接进攻硅橡胶高分子链中的氧而导致高分子链断裂的过程要放热 65 5 3 4kJ/mol,是唯一的放热反应通道 .这一过程不会形成稳定的过渡态和中间体 ,而是直接形成断键产物 .计算分析结果与综合辐照形成的气体产物CH3 Si(O)CH3 相吻合 .

空间用抗辐照玻璃的二次电子发射系数及测量

采用脉冲电子枪法对空间用抗辐照玻璃进行了二次电子发射系数的测量,解决了玻璃等绝缘材料测量时表面充电导致无法测量的问题,获得了典型的二次电子发射系数特征曲线,研究了玻璃组成及钢化处理对玻璃二次电子发射系数的影响。空间用抗辐照玻璃的二次电子发射特性的测量和研究,为航天器表面材料带电研究提供了重要的参考和依据。

玻璃空间电离辐照着色损伤考核方法

针对空间电离辐照的复杂性,在玻璃空间电离辐照着色损伤动力学研究基础上,讨论了玻璃空间电离辐照着色损伤考核面临的问题,提出了一种动力学的考核方法。基于该方法,以K9-HL玻璃为研究对象,研究了特定轨道(近地点350km,远地点425km,轨道倾角51.6°)下玻璃空间电离辐照着色损伤过程,分析了特定轨道下玻璃空间电离辐照着色损伤特征,结果显示:K9-HL玻璃特征轨道在轨20年后蓝光区域透过率降低严重导致其必然呈现淡黄色,严重影响了其作为高性能无色光学材料的使用。此外,对玻璃空间电离辐照着色损伤^(60)Co-γ射线辐照考核方法的适用性进行了分析讨论,结果表明,采用^(60)Co-γ射线作为辐照源分析玻璃空间电离辐照着色损伤可能引入较大误差,造成该现象的原因是^(60)Co-γ射线在玻璃中的作用深度极大及考核方法未考虑色心弛豫消失。

掺铥光纤γ射线辐照效应实验研究

面向2μm掺铥光纤激光器的空间应用,本文针对典型商用掺铥光纤(TDF)开展了γ射线辐照效应实验研究。利用^(60)Co源放射的γ射线,对由5段同批次Nufern公司SM-TDF-10P/130-HE型TDF样品搭建的2μm光纤激光器进行总剂量为9.0 krad(Si)、剂量率为0.5~3.0 rad/s的辐照效应在线测试。结果表明,TDF的出光性能在辐照过程中出现了显著衰减,衰减幅度随着剂量率的上升而增大。通过对TDF样品在辐照前和辐照后的吸收光谱进行对比测试,观察到在经过总剂量9 krad(Si)的γ射线辐照后,TDF对793 nm泵浦光的吸收峰接近消失。对前述经历γ辐照之后的TDF样品进行2 h的793 nm泵浦光漂白实验测试,未见其出现性能恢复现象。可见,面向空间应用的该典型掺铥光纤需大力提高耐空间辐射性能。

航天器总装部装用胶带工艺性能及其空间服役行为试验研究

航天器总装部装阶段采用胶带粘接过程中,其环境温湿度直接影响黏结可靠性;胶带在空间服役过程中,空间辐照环境也对其黏结可靠性构成挑战。文章采用胶带的相关标准方法,针对3M公司的4种胶带在组装过程中不同的温度、湿度和辐照环境的初黏、持黏、剥离性能进行了表征,综合评价和分析空间环境对黏结可靠性的影响。

比值辐射计空间环境适应性设计及验证

结合卫星发射以及在轨运行过程中所处的环境条件,对"积分球+匀光板+电磁光开关"形式的比值辐射计进行空间环境适应性设计.对结构薄弱环节进行强化加固设计,通过降低器件功耗、表面热处理等方式保持比值辐射计在真空热环境下的温度稳定,采用航天级光学涂层辅以结构屏蔽设计保证抗辐照能力.通过力学试验、热真空试验以及积分球光学涂层辐照试验进行验证.力学试验结果显示比值辐射计基频约为540Hz,振动前后比值辐射计辐射比变化小于0.31%,证明比值辐射计具有良好的结构稳定性,空间力学条件下的结构强度和刚度均满足基频大于100 Hz的设计要求.热真空试验过程中比值辐射计遥测输出稳定,各功能模块均工作正常.辐照试验后,比值辐射计光学涂层方向-半球反射比在485nm波段的最大衰变小于2%,红外波段无明显变化,该衰变对定标器在轨应用性能的影响可以忽略.研究结果表明,比值辐射计具有良好的空间环境适应性,可在复杂空间环境下进行稳定、可靠的工作,满足航天应用需求.

研究试验堆的辐照能力

提出将辐照能力作为研究试验堆的一个技术指标和性能参数。辐照能力不仅可作为堆芯装置布置设计的评价指标,而且可用于堆内辐照费用的测算。与研究试验堆辐照能力有关的量包括:辐照空间体积、平均总中子注量率、堆功率和运行时间等。对于辐照能力的几种定义分别给出了表达式,并比较了它们的特点和作用。还以高通量工程试验堆为主要实例,给出了辐照能力的具体数据和应用。

S781白漆电子辐照后光学性能退化的恢复与保护

为了深入认识和抑制航天器材料空间辐照损伤在地面环境中的恢复,在模拟的空间环境下对S781白漆进行了90keV电子辐照试验。研究了电子辐照后,试样分别在真空环境下、真空室注入空气后和空气中储存几小时后辐照诱发的光谱反射系数和太阳吸收比的变化。结果表明,S781白漆光学性能退化的恢复主要发生于与空气接触的数分钟内。此外,液氮环境对S781白漆的电子辐照损伤和光学性能退化具有保护作用。液氮的保护机制不仅在于它抑制了氧在材料表面的化学吸附,还在于它对辐照诱发缺陷的冻析效应。

空间光学

V250.1 2003021590空间辐照环境对光学材料作用效应的模拟研究=Study ofeffects of simulated space radiation environment on opticalmaterials[刊,中]/刘海(哈尔滨工业大学.黑龙江,哈尔滨(150001)),何世禹…//光学技术.—2002,28(1).—44-46,43介绍了对材料有重要影响的空间辐照环境,并利用地面模拟设备对某些遥感光学材料在空间辐照环境下的行为进行研究。结果表明,以质子、电子和太阳紫外线为代表的空间辐照环境在光学材料中产生表面剥蚀、着色、

γ辐照对聚合物电导性能的影响

研究了几种聚合物材料（ＰＰ，ＰＴＦＥ，ＰＥＴ，ＰＩ）经过γ辐照后，电流－电压特性的变化；从辐照对材料结构的影响，探讨了辐照后材料的电导机理及空间电荷对於辐照后材料电性的影响。

黑体涂层光谱发射率特性研究

为了得到高发射率黑体涂层的辐射特性,通过人工喷涂制备了三种不同材料的高发射率黑体涂层。基于中国计量科学研究院的发射率测量装置,对比了GR、Nextel 811-21和Nextel 811-21+MWCNT三种涂层在大气下和真空中的室温光谱发射率,研究了GR和Nextel 811-21涂层的厚度对光谱发射率影响,测量了三种涂层在不同角度下的光谱发射率,通过空间辐照三种涂层样品,对比了辐照前后样品光谱发射率的变化。实验结果显示,三种涂层在大气和真空下光谱发射率能够较好重合;Nextel 811-21和GR涂层较薄时,发射率较高,可达到0.978;当测量角度在30°范围内,Nextel 811-21和GR涂层发射率基本不变,Nextel 811-21+MWCNT涂层发射率会降低;涂层受空间辐照影响,GR涂层发射率会降低0.0004~0.0009,Nextel 811-21+MWCNT涂层发射率会降低0.0011~0.0021,Nextel 811-21涂层发射率会增大0.0008~0.0017。

面向火星探测的环氧形状记忆聚合物复合材料的性能研究

国家火星探测任务是建设航天强国进程中的重大标志性工程,是中国航天走向更远深空的里程碑工程.智能材料这种集材料、结构和功能于一体的先进材料将会对火星探测任务有所助力.形状记忆聚合物及其复合材料作为一种典型的智能材料,可在有效减轻载荷的同时实现自主变形,已经在地球同步轨道航天器的应用中崭露头角.因此有必要研究这种新型环氧基形状记忆聚合物复合材料应用于火星探测工程的可能性.首先,针对“天问一号”火星探测器的任务需求,设计了一个具有自释放功能的着陆平台国旗装置.其中的锁紧释放装置由碳纤维增强的形状记忆聚合物复合材料制成,分别从静态拉伸力学性能、动态热机械性能和形状记忆性能三个角度评估了空间辐照和长期存储对形状记忆聚合物复合材料的影响.其中,空间辐照包括γ射线和紫外射线,辐照剂量分别为5×10^(5)rad和23.6 kCal.长期存储分为低温-196℃、室温25℃和高温85℃存储30天,和低温-196℃存储457天两组实验.最后,从“祝融号”火星车所携带相机拍摄的照片可以看到五星红旗被成功释放,旗面平整、图案清晰.这说明所研究的环氧基形状记忆聚合物复合材料可成功应用于火星探测任务,未来有望以多种结构形式助力我国的火星采样返回乃至其它深空探测任务.

无机磷酸盐基复合涂层在表面防护技术中的研究现状及应用进展

无机磷酸盐基复合涂层因其优异的耐高温、耐核/空间辐照及良好的特殊介质相容性等优点,被广泛应用于航空航天等军工高技术及民用工业领域。从不同种类及半径大小的金属离子制备得到的不同结构的粘结剂出发,详细介绍了无机磷酸盐基复合涂层的种类,对无机磷酸盐基粘结剂的粘结性能、耐热性能和储存稳定性进行了对比,并对其各自的优缺点进行了概述。详细总结了无机磷酸盐基复合涂层在高温防护、腐蚀防护、润滑防护、空间耦合辐照及地面强辐射环境等相关领域的应用现状,阐述了无机磷酸盐基复合涂层在不同使役条件下的防护机理。针对目前无机磷酸盐基复合涂层在不同领域应用时所面临的问题,提出了进一步改进无机磷酸盐基复合涂层性能的一些技术手段和方法。特别地,基于无机磷酸盐基复合涂层优异的抗辐射性能、耐高温性能,良好的空间环境适应性以及耐候性等独特性能,对无机磷酸盐基复合涂层在航空航天、武器装备和核技术等高技术产业表面防护中亟待解决的关键科学和技术问题进行了探讨,并对其发展趋势进行了展望。