氦质谱背压检漏方法研究

阐述了氦质谱背压检漏的特点及目前存在的问题,在此基础上提出了改进建议。深入探讨了预充氦背压法测得的测量漏率与等效标准漏率的关系,指出预充氦背压法可用于检测压氦背压法检测不到的小漏孔,给出了等效标准漏率对测量漏率具有的双值均在分子流范围时的鉴别方法。

空间材料出气筛选装置的研制与试验

叙述了总质量损失(TML)、收集到的可凝挥发物(CVCM)和水蒸汽回吸量(WVR),它们是空间材料出气的三项密不可分的指标,提供了材料在空间热真空环境中的耐受性和对航天器敏感表面形成污染的基本信息。ASTM(美国材料试验协会)E595-90标准适合批量测试,数据可靠,测试速度快,成本低,是空间材料出气筛选的唯一标准,为世界各国所公认。我们制定了相应的部标准QJ1558-88,并研制了与之相应的Micro-VCM 测试装置,全面达到了ASTME595-90标准的要求,其中控温精度、天平灵敏度和交叉污染控制方面优于上述标准。

对地球大气密度随高度分布规律的讨论

以NASA大气模式MSISE-1990为依据,用实例验证的方式证明了关心大气成分的数密度时,玻耳兹曼能量分布律仅适用于几公里至几十公里高度以内的分子态气体。考虑重力加速度随高度变化时,用该分布律得到的无限高处大气数密度在数学形式上不为零,但从物理角度分析其值与零没有差别。忽略重力加速度随高度变化时,用该分布律得到的无限高处大气数密度在数学形式上似乎为零,但无限高处重力加速度应为零,因而不能解决无限高处大气数密度在数学形式上不为零的问题。计算大气分子总数时,积分上限只需数十公里。考虑重力加速度随高度变化时,用该分布律计算大气分子总数的积分发散,因此上限不应超过数百倍地球半径;忽略重力加速度随高度变化时无此限制。达道安等人(宇航学报,2006,27(06): 1306-1313)对该分布律导出的大气密度随高度分布所作的修正,不仅在数学形式上解决了无限高处大气数密度不为零的问题和计算大气分子总数的积分发散的问题,而且在有实际意义的范围内与该分布律精密吻合。

氦质谱检漏仪背压检漏标准剖析及非标漏率计算程序

本文叙述了对密封器件进行氦质谱检漏仪背压检漏的步骤.在此基础上,从真空技术的基本原理出发,分析给出了测量漏率R与等效标准漏率L的关系式,指出无法得到L的解析表达式以及为避免由R求L时出现双值,L不应超过其极大值点,用数值计算和曲线拟合的方法给出了L极大值点的拟合公式;介绍了GB/T 2423.23规定的查表法和诺模图计算法,指出了其表5中的个别数据错误,给出了不同有效容积V下去除压力后到检测漏率之间的停留时间t2对R的衰减因子曲线簇,提出据此灵活确定最大t2的优点;介绍了GJB128A,GJB360A,GJB548A规定的固定法和灵活法,给出了与固定法所规定的R的拒收极限相对应的L和严酷等级,指出固定法不适合需要高气密等级的场合及不应混淆R与L的界线,给出了与灵活法所规定的L的拒收规范值相对应的严酷等级,指出对于不同V值严酷等级从几十到上千,显得很不规范;介绍了R-L关系曲线法,该方法在V、加压压力PE、加压时间t1以及t2不变的情况下,预先给出R-L关系曲线,检漏操作人员可用此曲线由R反查出L;提出由R求L完全可以由计算机采用优选法快速、可靠搜索出来.

密封器件压氦和预充氦细检漏判定漏率合格的条件

密封器件氦质谱细检漏包括压氦法（即背压法）和预充氦法。对于压氦法，通常靠粗检鉴别是否有大漏孔，但候检时间不可过长，以免可能存在的大漏孔处于分子流状态，不能靠粗检鉴别。本文给出了最长候检时间表达式，以便既避免漏检又做好被检器件表面的净化工作。预充氦法的优点是可检测的最小等效标准漏率比压氦法低好几个量级。但用户复检时，候检时间往往已很长，如果仅靠通常的压氦法复检加粗检则发挥不出预充氦法的优点。本文改进了预充氦法：提出候检时间存在两个特征点，并给出了表达式；还对压氦法复检加粗检赋于新的重要功能，从而可以针对各种情况，用不同方法和判据，判断漏率是否合格。因此，即使候检时间已很长，仍有可能充分发挥预充氦法优点，并在漏率合格时给出被检器件的等效标准漏率。

静电悬浮加速度计与真空有关的噪声分析

从麦克斯韦速率分布函数和克努曾的"吸附层"假说出发,推导出静电悬浮加速度计核心部分因辐射计效应和残余气体平衡态阻尼引入的加速度热噪声表达式。指出辐射计效应是加速度计噪声的一个重要来源,气体阻尼的影响相对较小;加速度计长期保持优良的高真空是控制这两项噪声水平的必要措施;认为出气效应比辐射计效应大一到两个数量级是错误的。

静电悬浮加速度计的地面重力倾角标定方法

静电悬浮加速度计是重力场测量卫星上的主要载荷之一,其传感头(飞行件)需要在环境试验前后进行地面重力倾角标定。由于敏感轴之间的耦合机理不同于传统加速度计,所用的模型方程亦有所差别;由于失准角远大于量程范围内的重力倾角,无法采用传统的静态标定法确定模型方程各参数。必须采取技术措施使得三阶非线性系数可以忽略,才能在专用摆台上用动态标定法大致判断标度因数和检验成对加速度计模型方程各参数的一致性,用电模拟法得到二阶非线性系数。对动态标定法,提出了防止频谱泄漏和幅度谱中压低噪声干扰幅度的措施。对电模拟法,用实例给出了具体实施方案和效果。

密封器件压氦和预充氦细检漏的等效标准漏率上限

利用经典的分子流、黏滞流、过渡流流导公式及圆管分子流流导几率的精确数值解,对21世纪数篇文献呈现的漏孔流导随上游压力变化关系曲线进行了分析,并将密封器件的漏孔简化为长圆管,得出了以下结论:从流量角度观察气流是否偏离分子流状态是非常不灵敏的,因此可以认为,如果上游压力不超过1×105Pa,对于等效标准漏率L<1.4 Pa.cm3/s的漏孔,气流大致处于分子流状态;当任务允许的L最大值Lmax 14 Pa.cm3/s时,不论L的值是大是小,均不必考虑气流是否偏离分子流状态;仅在压氦法的压氦阶段,当Lmax和L均接近1.4 Pa.cm3/s时,从流量角度气流会处于黏滞流状态,导致合格判据偏保守;而在压氦法的其他阶段和预充氦法各阶段,只要L<1.4 Pa.cm3/s,气流均处于分子流状态。从而证明对于密封器件氦质谱细检漏而言,Lmax取1.4 Pa.cm3/s可以满足气流处于分子流状态的要求,且该值大于粗检的下限。

静电悬浮加速度计噪声测试数据的频谱分析方法

分析了不同系数的离散傅里叶变换公式的含意,并从中筛选出符合工程分析要求的正确公式.为使用快速傅里叶变换可采用多种方式使数据符合2的整数次幂,分析了各种方法的优缺点;分析了各种频谱的应用对象,得出静电悬浮加速度计噪声适宜采用功率谱密度,且在窗函数应用上宜选择与之符合的系数;给出了使用OriginLab公司Origin 5.0/7.0软件计算功率谱密度时所必须采取的纠正措施,提出地面测试静电悬浮加速度计噪声需采用差分方法以抑制环境噪声,具体操作方法是,将两台加速度计已扣除平均值的时域噪声值相减后除以2^(1/2).

静电悬浮加速度计伺服控制分析

根据广义相对论原理选定的坐标系参照物为理想情况下在轨道上自由飘浮的卫星,据此讨论静电悬浮加速度计检验质量块的运动和电极笼的运动,得到检验质量在电极内运动的动力学方程,证明以往相关文献提供的公式存在明显缺陷;在此基础上分析了伺服控制电路,给出了电阻尼系数、闭环自然谐振的角频率(或称为加速度计的基础角频率)、受静电负刚度等非受控刚度制约的角频率、来自于静电悬浮的加速度、检验质量的相对位移等一系列表达式,从而提出必须有足够的增益以提供适度的闭环自然谐振角频率.给出了位置噪声引起的加速度噪声表达式,证明当伺服回路的增益足够大时,在悬浮频带内检验质量的相对位移几乎为零.

密封器件压氦和预充氦细检漏过程中环境氦分压的影响

分别推导和分析了环境大气氦分压对压氦法的影响,地球干洁大气氦分压对预充氦法和预充氦密封器件压氦法复检的影响。证明对于压氦法,不需要考虑地球干洁大气氦分压的影响。但是如果候检室环境大气氦分压显著升高,对于内腔有效容积大,且等效标准漏率小的密封器件,会加大测量漏率值,所以压氦后,被检器件应尽快离开压氦设备所在的房间。对于预充氦法,地球干洁大气氦分压会使测量漏率通过极大值后出现极小值,且当候检时间与内腔有效容积之比大于100 h/cm3时,极小值点的气流仍处于分子流状态,不能靠粗检鉴别,所以需压氦法复检加粗检,才能防止漏检。另外,地球干洁大气氦分压会使预充氦法候检时间的第一特征点变大,从而扩大了需压氦法复检加粗检的范围,但第二特征点不变,也不影响压氦法复检加粗检的结果。

1990年中国返回式卫星的微重力水平监测

叙述了1990年中国返回式卫星采用的微重力测量系统概况、微重力测量数据的处理方法、微重力测量结果与分折。指出:这是国内首次空间微重力水平监测;研制的JS05-1A 微重力测量仪动态精度优于4μg,响应时间6ms,达到了国际同类仪器的先进水平;该仪器为指导优化空间晶体生长的微重力环境及了解卫星工作状况提供了有力手段。通过对该卫星微重力水平监测所获得的73505对数据进行分折,发现有效载荷动作是影响卫星微重力水平的主要因素,为10^(-4)g 量级;有效载荷不动作时,除1.23%的时间存在10^(-4)g量级不明干扰外,有97.6%的时间微重力的绝对值小于4×10^(-5)g,仅O.3%的时间在10^(-4)g 量级。

一种可供星载的快速熔断管

作者对RF2-9-0.2A熔断管以星载为目的进行了改进试验,详细观察分析了它的熔断过程及熔断机制,并按星载使用条件进行了环境试验和寿命考核,结果表明该改进后的熔断管在降额50％使用条件下完全满足星载的可靠性要求,微重力和真空环境不会对熔断特性造成重大影响;熔断电流在星上电池、电缆及接插件的耐受范围内,因而可以在星载仪器上使用。如能解决熔断丝贴壁问题,则可进一步改进其熔断特性。

空间材料可凝挥发物检测装置的灵敏度分析

为了预估航天器自污染，需要大幅度提高空间材料可凝挥发物（VCM）的检测灵敏度。分析了《原位VCM装置》及国际通用的《Micro－VCM装置》的检测灵敏度及其制约因素，给出了《原位VCM装置》检测灵敏度与样品大小的关系，提出了将两种装置择优组合的《原位Micro－VCM装置》方案，得到了满意的结果。

Clausing-Nawyn方法的扩展及应用实例

扩展了Clausing－Nawyn方法，阐述了稳态分子流基本方程的普适意义，指出入射率是比真空度更重要的参量。用该方程计算“原位Micro－VCM装置”的可凝挥发物（VCM）收集率，得到了满意的结果。

重力卫星在轨质心修正原理

静电悬浮加速度计在重力卫星上的安装位置将直接影响重力卫星的非重力测量结果,进而影响高精度地球重力场的恢复。为了彻底明确该影响的存在方式,现从基本动力学方程出发,推导出了卫星在轨飞行期间遭受的各种非重力和地球引力、太阳和月球等天体的潮汐力等,与静电悬浮加速度计输出之间的矢量表达式。获得的表达式从理论上明确了消除重力卫星质心偏差的实际意义,是重力卫星质心修正的理论依据。

重力梯度测量卫星无拖曳控制技术

无拖曳控制是当前和未来若干空间任务中的一项关键技术.以重力梯度测量卫星为对象,对无拖曳控制回路进行深入剖析,包括对静电引力梯度仪、离子推力器和空间环境的模型与建模方法及无拖曳控制律设计方法的综述.借鉴GOCE卫星(gravity field and steady-state ocean circulation explorer)的成功经验并结合国内离子推力器和静电悬浮加速度计的研制现状,对未来发展我国重力梯度测量卫星无拖曳控制进行难点分析与展望.

六轴加速度计的结构原理与阻尼振动设计

静电悬浮加速度计为当前国际上精度最高的一类加速度计 ,本文的设计目标为 :量程 12 .5 μgn,灵敏度 1ngn,带宽 0 .1Hz。从静电悬浮加速度计的敏感结构设计出发 ,详细地论述了该类加速度计的电容位移检测原理和微弱加速度检测原理。通过适当的电极配置设计 ,并对六路差分电容输出进行适当的线性组合 ,探讨了该加速度计的六轴检测功能 (三个线加速度和三个角加速度 )。随后对该加速度计的静电悬浮支承系统进行了振动学分析 ,采用 1atm的空气阻尼 ,得出系统的阻尼振动频率为 0 .82 5 Hz,输出采样间隔为 4 s。本文的设计对研制高精度多轴加速度计具有重要参考价值。

空间电场探测球形传感器表面涂层光电特性研究

空间电场探测球形传感器是利用卫星平台在空间耦合等离子体电势的敏感部件。球形传感器通常采用加工性能良好、质轻的铝合金材料,表面涂覆导电涂层。而涂层的光电特性会影响电场的测量精度。本文对涂层光电特性对光电子流的影响、对接触电势的影响两个方面进行了理论分析;并就传感器材料铝合金2A12基底、涂层环氧掺碳材料DAG213为研究对象,测量并研究了可表征其光电特性的功函数及其变化;研究结果表明,DAG213涂层表面功函数较铝合金基底有不少于1eV的提升,且标准差有不少于0 eV的降低,说明DAG213涂层的功函数更为均匀,更有利于提高传感器在空间的电场测量精度。

隧道式硅微加速度计的设计和制作

针对隧道效应对位移具有极高灵敏度的特点,设计了一种隧道式硅微加速度计。在介绍其结构和工作原理的基础上,提出了一种新的加工工艺,由该工艺制作的第一批器件成功地观测到隧道效应。