航天器原子氧通量仿真软件AOFS的验证计算

仿真计算是获得航天器表面原子氧(AO)撞击通量分布情况的重要手段之一。文章首先介绍自主研发的适用于复杂构型航天器AO通量仿真计算的AOFS软件的基本特性;然后利用无遮挡、有遮挡以及多次反射等AO与航天器相互作用的典型测试算例对该软件性能进行验证,并与自由分子流理论解和SYSTEMA软件的计算结果进行对比分析。研究发现:对于无遮挡和有遮挡算例,采用反向射线追踪方法的SYSTEMA软件比AOFS软件具有更好的算法稳定性;而对于多次反射算例,AOFS软件结果和SYSTEMA软件结果差别较大。以上结果可为后续复杂构型航天器AO通量计算软件的研制及验证提供参考依据。

原子氧作用下聚合物薄膜材料表面形貌变化研究综述

原子氧作用造成航天器用聚合物薄膜的表面形貌发生显著变化,服役性能下降。基于此,从试验和仿真2个方面对相关研究进行了综述,总结了聚酰亚胺薄膜粗糙度及透过率随原子氧通量的变化,发现随累积通量增加,薄膜表面粗糙度增大,造成其透过率下降,但变化规律仍不清楚。对改性聚酰亚胺薄膜、其他聚合物薄膜及空间环境协合效应下聚合物薄膜的形貌变化进行了分析,分析了原子氧与聚合物材料作用仿真方法,对原子氧掏蚀形貌仿真结果进行了总结,指出了聚合物薄膜形貌变化机理研究中的关键科学问题。

基于分子动力学ReaxFF的空间材料原子氧效应研究综述

在低地球轨道(LEO),原子氧(AO)是主要环境因素之一。AO的高通量密度和强氧化性会造成航天器上聚合物等材料产生物理化学侵蚀,从而引起航天器工作效率下降,甚至在轨工作异常。目前,除了最常见的地面和在轨搭载AO试验外,随着计算机技术的发展,分子动力学反应力场(MDReaxFF)模拟方法由于能模拟体系中材料化学键的断裂与生成,在空间材料AO效应研究方面成为一种有效手段。文章对MD-ReaxFF模拟方法进行了介绍,调研分析基于MD-ReaxFF方法的AO与航天器聚合物、金属和陶瓷等材料相互作用的研究进展,并对未来研究发展方向进行展望。

原子氧作用下聚酰亚胺薄膜剥蚀形貌仿真方法

为研究低地球轨道(LEO)原子氧(AO)作用下航天器用聚酰亚胺(PI)薄膜材料剥蚀形貌变化规律,提出一种基于局部网格边界相交判断的剥蚀形貌仿真方法,并采用周期性边界处理法获得表面形貌。其计算所得材料掏蚀深度与文献中的试验结果相差小于4%,证明该方法对AO与PI材料的相互作用的仿真与试验结果相近。采用剥蚀深度算术平均偏差和标准差作为形貌的描述参数,发现这2个参数均随着AO累积通量以0.253次幂律增大。标准差和算术平均偏差的比值随AO累积通量的增大基本保持不变,说明表面形貌特征在AO作用下基本不变,只是表面峰值和谷值增大。此外,计算结果表明,不同轨道速度条件下PI表面剥蚀形貌差异不大。以上研究结果有助于进一步理解AO作用下PI材料表面剥蚀形貌形成机理。

宇宙尘埃轨迹探测器信号提取方法及反演精度影响因素分析

利用基于多层金属丝栅网的尘埃轨迹探测器(DTS)可获得宇宙尘埃粒子的速度及电荷信息,对确定粒子起源、揭示带电尘埃粒子与行星际空间环境的相互作用具有重要意义。文章针对利用DTS探测信号提取尘埃粒子速度和电荷信息的方法进行研究,并仿真分析反演精度的影响因素。结果表明,尘埃粒子电荷量和速度大小的探测误差随尘埃粒子速度的增大而增大,随探测器电荷噪声比(QNR)的增大而减小,不受尘埃粒子入射角θy和尘埃带电量的影响;当QNR大于10时,对尘埃粒子的电荷量、速度和运动方向的反演精度分别优于1.5%、0.8%和0.6°。以上结果可为DTS设计及其后续空间应用提供参考。

碳(石墨)/环氧复合材料及其在航天器上应用研究进展

综述了空间环境因素的特征及其效应 ,包括太阳电磁辐射、带电粒子辐射、空间真空效应、冷黑环境、原子氧侵蚀、微流星和空间碎片的撞击。碳 (石墨 )纤维、环氧树脂、碳 (石墨 ) /环氧复合材料的性能以及碳 (石墨 )

TiO_2改性M40/EP648复合材料的抗真空紫外辐照性能

利用射流式真空紫外辐照设备模拟空间的辐照条件,在温度为150K和压力为10^(-4)Pa的条件下,研究了波长为1～200nm的真空紫外线对纳米TiO_2/EP648、纳米TiO_2+M40/EP648、M40/EP648复合材料以及环氧树脂EP648的辐照损伤效应。结果表明,纳米TiO_2具有明显的抗真空紫外辐照的作用。辐照后,与EP648和M40/EP648相比,纳米复合材料TiO_2+EP648和M40/TiO_2+EP648的质量损失率大幅度降低;纳米复合材料M40/TiO_2+EP648的层间剪切强度随着辐照时间的延长呈上升趋势,M40/EP648呈下降趋势;辐照后,纳米复合材料M40/TiO_2+EP648的表面形貌无明显变化,M40/EP648表面破损严重。

聚合物/纳米复合材料的制备、性能及其应用展望

介绍了纳米粒子的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应等特性,聚合物/纳米复合材料的概念和结构性能;综述了聚合物/纳米复合材料的几种常用制备方法;总结了由于纳米粒子的存在聚合物/纳米复合材料在力学、光、电、磁等方面呈现出常规材料不具备的特性,并结合其特性展望了聚合物/纳米复合材料的应用前景。

环氧树脂648和TDE-85的质子辐照损伤效应研究

通过地面模拟空间环境质子辐照条件(质子能量Ep=150keV,束流密度A=2.0×1012cm-2·s-1,辐照剂量范围Φ=(0～5.0)×1016cm-2;真空度10-6Pa,环境温度120K),研究了不同辐照剂量下环氧树脂浇注体648和TDE-85的质量损失、弯曲强度和表面粗糙度的变化。试验结果表明,随着辐照剂量的增加,质量损失呈现先加速递增后趋于平缓的趋势;648的弯曲强度呈单边下降趋势,TDE-85的弯曲强度呈现先上升后下降的趋势,树脂表面产生了碳化效应,表面粗糙度发生了不同程度的变化。

真空紫外辐射对碳/环氧复合材料性能的影响

介绍了真空紫外线的模拟和射流式真空紫外辐射模拟设备的工作原理、技术参数及特点,并利 用该设备及其它分析手段对环氧树脂浇铸体(EP648)和碳/环氧复合材料(C/E648)在真空紫外线辐照作用下 的出气、质量损失率、层间剪切强度和表面状态的变化进行了研究。试验结果表明:真空紫外线辐照导致材料 产生明显的出气效应,质量损失率呈现先递增后趋于平缓的趋势;17280esh辐照剂量下,EP648的质量损失是 C/E648的3.4倍,C/E648的层间剪切强度与辐照前相比下降了13.3%;环氧树脂破损较重,而碳纤维表面状 态基本完好,并对内部的环氧树脂起到一定的保护作用。

真空紫外辐射对碳/环氧复合材料性能影响

文章介绍了真空紫外线(VUV)的模拟和射流式真空紫外辐射模拟设备的工作原理、技术参数及特点,并利用该设备及其它分析手段对环氧树脂浇铸体(EP648)和碳/环氧复合材料(C/E648)在VUV辐照作用下的出气、质量损失率(SAML)、层间剪切强度(ILSS)和表面状态的变化进行了研究。试验结果表明：VUV辐照导致材料产生明显的出气效应,质量损失率呈现先递增后趋于平缓的趋势；17 280esh辐照剂量下,EP648的质量损失是C/E648的3．4倍,C/E648的ILSS与辐照前相比下降了13．3％；环氧树脂破损较重,而碳纤维表面状态基本完好,并对内部的环氧树脂起到一定的保护作用。

空间级环氧树脂浇注体的电子辐照效应研究

通过地面模拟空间环境电子辐照条件(电子能量 E_e=150keV;束流密度 A=2.0×10^(12)cm^(-2)·s^(-1);辐照剂量范围Φ=0～5.0×10^(16)cm^(-2);真空度10^(-6)Pa,环境温度120K),研究了不同辐照剂量下环氧树脂浇注体648和TDE-85的质量损失、弯曲强度和表面的变化。试验结果表明,随着辐照剂量的增加,质量损失呈现先加速递增后趋于平缓的态势;弯由强度呈现先上升后下降的趋势;杠胡旨表面产生了放电现象;表面粗糙度也发生了不同程度的变化。

热控涂层GEO带电粒子辐射效应加速试验方法

文章研究热控涂层GEO带电粒子辐射效应加速试验的参数确定方法。根据轨道带电粒子辐射环境的特点,以效应等效为原则,建立了利用单一能量带电粒子产生的辐射效应模拟轨道带电粒子辐射效应时的等效注量率计算方法,称之为等效能谱模拟技术;并建立了利用高注量率来提高加速试验效率的加速因子计算方法,称之为加速试验的加速因子确定技术。利用这两项技术,研究设计了防静电Kapton二次表面镜GEO电子辐射效应模拟试验的参数。

原子氧环境下磁力矩器用聚合物材料的质损和红外光谱分析

文章利用新型的原子氧环境模拟设备进行真空和原子氧试验,通过质量损失测量和FT-IR分析,对试样的质量损失率(SAML)和表面成分的变化进行了研究。试验结果表明:真空环境会导致材料产生质量损失,4种材料中真空质损最大相差24倍;原子氧作用导致聚合物材料产生质量损失,4种材料中质量损失率最大相差25倍;原子氧与有机硅物质反应能够形成保护层,可以抑制原子氧对材料内部的进一步侵蚀。FT-IR分析结果表明,原子氧作用导致环氧材料的-N消失,O元素百分比含量升高,硅橡胶的化学键被破坏,并导致新的O-H和C-H的生成。

环氧固封和硅橡胶的空间原子氧效应分析

对磁力矩器用环氧固封和硅橡胶材料进行原子氧和真空效应评价试验,利用新型的原子氧环境模拟设备及其它分析手段对试样的质量损失率(SAML)和表面形貌的变化进行研究。试验结果表明,真空环境会导致材料产生质量损失,两种材料中真空质损最大相差2.5倍;原子氧作用导致聚合物材料发生颜色变化,且造成材料的质损,两种材料的质损率最大相差25倍;原子氧与硅橡胶中的有机硅反应能够形成保护层,可以抑制原子氧对材料内部的进一步侵蚀。

环氧基纳米复合材料抗真空紫外辐照性能研究(英文)

文章模拟真空紫外辐照条件,研究波长5～200nm的真空紫外线(VUV)对环氧树脂648以及环氧基纳米复合材料的辐照损伤效应。质量损失、扫描电子显微镜、质谱仪和X射线光电子谱仪分析结果表明:纳米TiO2起到明显抗真空紫外辐照的作用。辐照后,与环氧树脂相比,环氧基纳米复合材料的质量损失大幅度降低,弯曲强度变化较小,出气量和出气成分减少,表面没有新的C峰出现,表面O1s峰的主要成分没有发生变化。

Fe-Ni软磁合金质子辐照效应研究

采用质子加速器对Fe-Ni软磁合金进行8MeV质子辐照,研究其磁性能及组织结构与缺陷变化情况。研究结果表明,随质子辐照吸收剂量的增加,Fe-Ni合金的矫顽力增大,磁导率下降,饱和磁感应强度未受影响。X射线衍射(XRD)结果表明辐照未引起相结构的变化,但使晶格发生了畸变。正电子湮没分析表明,辐照导致了空位等材料缺陷。

空间粉尘高速撞击对光学玻璃透过率影响的研究

航天器在轨服役期间会遭受到大量的微陨石及空间微小碎片撞击作用。这些微陨石和空间微小碎片可能吸附在航天器光学玻璃表面,也可能与光学玻璃表面碰撞产生陷坑等缺陷。文章采用爆炸式粉尘加速器加速微米级铝粉末撞击K8光学玻璃,在玻璃表面产生大量碰撞陷坑形成砂蚀磨损现象,利用CΦ-46型分光计测量光学玻璃的透过率。结果表明,光学玻璃磨损区域的透过率明显下降。透过率下降程度与陷坑数量成比例。通过对单个陷坑的计算,当陷坑深度大于或等于一个粒子直径时,光线衰减程度达到最大。

原子氧/紫外综合环境模拟实验与防护技术

北京卫星环境工程研究所研制的一台原子氧/紫外综合环境模拟设备。该设备采用了微波电子回旋共振和固体靶电荷交换中性化技术。可以产生通量密度为3×1015cm2.s,能量5 eV的中性原子氧束流。两盏30 W氘灯模拟太阳紫外光,波长范围为115 nm^400 nm。这台设备配备了样品光谱反射率原位测量系统。在这台设备上,进行温控白漆、TO/Kapton膜(聚酰亚胺镀氧化锡膜)、Ge/Kapton膜(聚酰亚胺镀锗膜)的原子氧环境、原子氧/紫外综合环境暴露试验。并进行了原子氧防护技术的研究。

高超声速气膜冷却技术研究进展及发展方向

随着飞行器速度的进一步提高以及对可重复使用飞行器的需求,高超声速气膜冷却技术已经成为航空航天技术发展的热点问题。开展高超声速飞行器主动气膜冷却技术研究,对于解决高超声速飞行器面临的热防护问题,突破防热技术瓶颈,有十分重要的意义。本文在对主动冷却热防护技术原理、分类及其机制进行系统研究的基础上,从实验研究和数值模拟两个维度,对二维槽缝气膜孔工艺、离散气膜孔工艺和高超声速逆向喷流技术等高超声速气膜冷却技术以及影响气膜冷却效果的因素的研究现状进行了梳理和分析,进而提出了高超声速气膜冷却技术的防热材料研制、材料制备工艺、多气膜孔特性实验研究、逆向喷流气膜孔冷却技术实验验证等研究方向。