质子辐照对防静电热控涂层导电性能影响

文章研究了质子辐照环境对两种防静电热控涂层(ITO/F46/Ag、ITO/OSR/Ag)导电性能的影响,质子总注量选取1×1015p/cm2,并在不同质子注量下对试样表面电阻率进行了原位测量。试验发现,质子辐照下两种防静电热控涂层的表面电阻率均呈指数衰减趋势,且回至大气中出现明显的"恢复效应"。对涂层导电性能退化的微观机制进行了分析,并建立了相应导电性能演化规律的简化数学模型,可为新型涂层的研制提供理论依据。

星用热缩套管力学性能钴源辐照效应研究

目的研究星用热缩套管的力学性能(断裂伸长率和拉伸强度)在空间辐射环境中的退化情况。方法利用钴源放射的γ射线模拟地球轨道粒子辐照环境,通过表面形貌分析、辐解气体分析、X射线光电子能谱分析、红外光谱分析等多种手段分析热缩套管力学性能退化的原因。结果辐照后热缩套管颜色变深,力学参数出现严重退化现象。在最大辐照剂量下,材料断裂伸长率由414.3%下降为0.06%,拉伸强度由17.43 MPa下降为2.15 MPa,热缩套管原有力学性能几乎完全丧失。结论热缩套管主链出现断链现象,生成可挥发的CO2,CH4等气体,从而导致样品力学性能严重退化。

质子和电子辐照下防静电热控涂层的性能退化

热控涂层表面镀氧化铟锡(indium tin-oxide,ITO)膜是抑制航天器表面充放电的有效措施,但空间辐射环境总剂量效应可能会使镀ITO膜防静电热控涂层的导电性能发生退化,从而引发充放电效应。为此,以2种典型防静电热控涂层(ITO/Kapton/Al、ITO/OSR/Ag)为研究对象,研究了地球同步轨道(GEO)低能质子和电子辐射环境对防静电热控涂层表面电阻率的影响。试验参数采用剂量-深度分布模拟方法确定,试验数据采用表面电阻率原位测量方法获得。试验结果表明,质子和电子辐照下2种防静电热控涂层的表面电阻率均呈指数衰减趋势,且电子辐照下材料性能变化趋势更为明显。扫描电镜(SEM)分析表明,ITO/OSR/Ag辐照后表面损伤较小,而ITO/Kapton/Al辐照后表面出现细小的裂纹。X射线光电子能谱(XPS)分析表明,质子、电子辐照后涂层表面氧空位型缺陷以及Sn4+离子增多可能是导致防静电热控涂层表面导电性能增强的原因。该研究工作验证了空间带电粒子辐射环境对镀ITO膜防静电热控涂层的导电性能没有严重影响,为地球同步轨道长寿命型号大量使用镀ITO膜防静电热控涂层提供支持。

空间电子辐照下星用热缩套管力学性能退化试验研究

为掌握星用热缩套管的力学性能在空间带电粒子辐射环境中的退化情况,分别利用1 Me V高能电子和45 ke V低能电子模拟地球同步轨道带电粒子辐射环境,研究热缩套管在这2种不同能量电子辐照下断裂伸长率和抗拉强度性能退化情况。试验结果表明,辐照后热缩套管颜色由透明变为黄色,力学性能均出现显著退化现象,且高能电子辐照后退化较低能电子辐照后更为严重。文章通过能量沉积分析、辐解气体分析、表面形貌分析和X射线光电子能谱分析等多种手段,对试验结果做出了合理解释。本研究对开展结构材料力学性能退化地面模拟试验中的能量粒子选择有指导意义。

热控涂层表面电阻率原位测量方法研究

表面电阻率是航天器热控涂层的重要参数之一。由于航天器所在环境的特殊性,需要对其热控涂层的表面电阻率进行原位测量。文章提出了一种表面电阻率的原位测量方法,即使用导电银胶粘结铜箔电极和样片,并通过弹性钢丝压线把两电极接入测量电路。通过以ITO/Kapton/Al和S781白漆为试验对象的测量,验证了该测量方法的可行性,并对测量结果的影响因素进行了分析。

不同能量电子辐照下星用瑞侃导线性能退化研究

目的研究卫星上外露导线在空间辐射环境下的耐受能力。方法通过分析GEO轨道下在轨10年航天器外露瑞侃导线的辐照环境,研究低能和高能电子对导线性能的影响,地面模拟试验参数选择能量分别为45 keV和1 MeV,注量率均为8.3×10^10 e/(cm^2·s),总注量均为2×10^16 e/cm^2。考察瑞侃导线力学性能(断裂伸长率、拉伸强度)和电性能(击穿电压)的退化情况,并用XPS和SEM测试分析手段,对其电子辐照损伤机理进行研究。结果在不同能量电子辐照下,瑞侃导线的力学性能均略有下降,没有显著区别,而电学性能严重退化,且低能电子较高能电子对其电学性能影响更为严重,其击穿电压分别下降了100%和50%。结论通过剂量-深度分布计算,45 keV入射电子能量全部沉积在样品表层下数微米的深度范围内,完全被导线外皮吸收,对样品的损伤较大;而1 MeV入射电子能量绝大部分穿透表皮沉积在样品铜芯中,因而其性能退化情况相对低能电子较小。进一步的,通过SEM和XPS测试和分析发现,电子辐照造成瑞侃导线分子链降解,形成自由基以及气体,自由基的再交联是造成瑞侃导线损伤的重要机理。

航天器空间多因素环境协同效应研究

文章首先对空间多因素环境协同效应研究的必要性进行了分析,然后对不同空间环境因素间的协同效应,如带电粒子与太阳电磁辐射、原子氧与紫外、原子氧与空间碎片、空间碎片诱导放电及空间环境诱导污染效应等进行了探讨,最后对开展空间多因素环境协同效应的现状和方向进行了讨论,给出了系统开展空间多因素环境协同效应机理、模拟技术、试验方法、仿真及预示技术研究的建议和对策。

4D打印及其关键技术

4D打印是3D打印结构在形状、性能和功能方面有目的性的演变,具有时间相关性、打印机无关性和可预测性,其智能动态特性使其具有良好的性能和广阔的应用前景。本文在简要回顾4D打印国内外现状的基础上,给出了4D打印的概念和组成要素,进而从打印结构形状变化的维度对4D打印进行了分类,同时对4D打印组成要素中的打印材料、激励机制和数学建模方法等关键技术进行了分析,最后指出4D打印技术的发展方向是将智能材料与3D打印相结合,将复杂结构简单化制造,利用其独特的自组装、自适应和自修复特性,实现在航天、深海、精确医疗等特殊服役环境和领域的自动化、智能化、个性化应用。

航天器空间辐射防护材料与防护结构

电子、质子、重离子、光子等空间辐射环境可在航天器材料或元器件中产生单粒子效应、总剂量效应、表面充放电效应、位移损伤效应、内带电效应等,因此,需要对航天器进行空间辐射防护。本文首先介绍空间辐射防护原理和防护有效性,进而从材料、分系统(或部组件)、航天器3个不同维度,对质量屏蔽防护材料、静电防护材料、抗辐射功能材料、航天器局部辐射防护结构和整星辐射防护结构进行了探讨,最后对未来发展的方向进行了讨论。

IKAROS太阳帆的关键技术分析与启示

分析了国外太阳帆的发展现状,重点论述了世界上首次成功飞行的太阳帆——太阳辐射驱动星际风筝航天器(IKAROS)的总体设计、材料设计、空间展开和姿态控制等关键技术,以及中国开展太阳帆和空间大型展开结构的总体设计、空间展开、姿态控制、空间环境适应性等关键技术,提出了系统开展以太阳帆为代表的大型轻质展开结构研制与应用的建议。

电子辐照对聚乙烯热缩套管力学性能的影响

利用45 keV,1 MeV和2 MeV电子分别对聚乙烯热缩套管进行辐照实验,研究不同能量电子辐照对聚乙烯热缩套管力学性能的影响,并分析电子辐照下材料的损伤效应机理,建立力学性能退化规律。结果表明：实验选定的3种能量电子辐照都会造成聚乙烯的降解,材料脆化产生裂纹,从而导致其力学性能下降;但是由于这3种能量电子穿透深度不同,45 keV电子只能造成聚乙烯热缩套管表层材料损伤,力学性能最大下降量只有30%-40%,而1 MeV和2 MeV电子却会导致套管力学性能完全丧失,力学性能下降接近100%。

电子辐照ITO/F46/Ag热控涂层的电学性能退化及损伤机理

对ITO/F46/Ag热控涂层进行了电子辐照地面模拟试验,探讨了其表面电阻率随电子辐照注量的退化规律,并借助扫描电镜(SEM)对其表面形貌变化进行了研究。通过SEM分析发现,涂层表面发生了严重的损伤效应,有裂纹、碎片和熔蚀现象出现。对涂层的损伤机理进行了分析,并给出了电子辐照ITO/F46/Ag热控涂层的表面碎裂损伤模型。

原子氧对石墨烯膜电阻的影响

通过对石墨烯膜在原子氧辐照下电阻变化研究,并结合原子氧辐照前后石墨烯膜表面微观形貌分析,发现石墨烯膜会被原子氧剥蚀,膜厚逐渐减小直至完全剥蚀。石墨烯膜的电阻在原子氧辐照初期有所下降,之后开始上升。说明在原子氧辐照初期有石墨烯吸附氧原子的现象,在后期石墨烯膜电性能变化符合电阻定律。利用石墨烯剥蚀厚度或者石墨烯电阻变化数据两种方法都可以得到石墨烯膜剥蚀率,约为(1.2~1.3)×10-25cm3/atom。根据石墨烯膜电阻随原子氧注量的关系,提出一种新的原子氧探测器。

远紫外辐射下Kapton/Al薄膜材料的力学性能研究

薄膜材料在探测器中有着重要的应用,在深空辐照环境下,其力学性能将发生较大的变化。文章首先介绍了薄膜材料在航天器中的应用,接着对Kapton/Al薄膜材料空间远紫外辐照下的力学性能进行了研究。研究发现:随着拉伸速度增加,薄膜的抗拉强度和断裂伸长率随着拉伸速度的增加而降低;随着远紫外曝辐量的增加而呈线性减小;远紫外辐照下薄膜材料分子键出现断裂和交联,C―CO和C―N键断裂并发生脱氧和脱氮,C-H基团相对含量增大的主要原因是薄膜力学性能降低。

均苯型聚酰亚胺薄膜在质子辐照下的力学性能退化试验研究

聚酰亚胺薄膜广泛应用于航天器热控结构和太阳帆等充气展开结构中,由于暴露在航天器表面,受到各种空间环境效应的影响,其力学性能会发生退化。文章对不同通量、注量和温度条件下质子辐照对均苯型聚酰亚胺薄膜力学性能的影响进行了模拟试验研究。研究发现,当质子通量较低时,质子通量的增加对薄膜力学性能的影响微弱;当质子通量持续增加,薄膜的抗拉强度和断裂伸长率呈近似线性下降;当质子注量增加到一定程度后,薄膜的抗拉强度和断裂伸长率下降速率变缓;薄膜在低温辐照下比在高温辐照下更容易发生脆性断裂。

防静电Kapton二次表面镜的电子辐照效应

文章研究防静电Kapton二次表面镜(ITO/Kapton/Al)在不同能量电子辐照后,太阳吸收比退化情况,并利用X射线光电子能谱仪(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)对样品表面的成分和形貌进行了分析。结果表明,相同电子注量下,电子能量越高,对样品的太阳吸收率退化作用越大;电子辐照对样品表面形貌影响不大,但是会降低表面氧化铟锡的含量;不同能量的电子对样品表面成分的损伤效应是一致的。

近紫外辐照对塑料薄膜型防静电热控涂层导电性能的退化效应

文章通过试验研究了近紫外辐照对塑料薄膜型防静电热控涂层ITO/Kapton/Al、ITO/F46/Ag的导电性能的影响,给出了它们的导电性能退化规律,利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)对近紫外辐照后的涂层表面形貌和成分进行了分析,探讨了近紫外辐照对塑料薄膜型防静电热控涂层导电性能退化的机理。

热缩套管绝缘性能辐照效应研究

文章研究热缩套管的体电阻率和击穿电场强度在空间带电粒子辐照环境中的退化情况。分别利用γ射线和低能电子模拟低地球轨道带电粒子辐照环境,研究热缩套管辐照前后性能变化情况。试验结果表明,热缩套管的击穿电场强度在辐照后变化不明显,而体电阻率有不同程度的变化,电子辐照后热缩套管的体电阻率退化比γ射线辐照后的更为严重。

真空环境对防静电热控涂层导电性能的影响

文章通过试验研究了近紫外辐照前后的真空环境对防静电热控涂层的电学性能影响,探讨了真空环境对防静电热控涂层电学性能影响的机理,给出了地面模拟试验过程中关于数据分析的建议。研究发现:真空环境将引起防静电热控涂层的表面电阻率降低、导电性能增强,而氧空位的增加和吸附氧的释放则是其表面电阻率降低的主要原因。

航天器空间ESD干扰单机级试验方法研究

在轨状态下,卫星表面材料与空间环境交互作用,会引起材料表面带电,继而发生静电放电(ESD),产生的电磁干扰会经由单机电缆耦合进入电子电路中,形成干扰脉冲甚至损毁电子器件。针对卫星用单机产品,给出了一种可行的空间ESD电缆耦合干扰试验方法,通过电缆耦合的方式模拟空间ESD对单机产品的干扰。研究表明该试验方法能够有效暴露产品设计的薄弱环节,为优化设计、提升单机抗扰能力提供依据。