空间微小碎片撞击对太阳能电池性能影响

文章利用中国科学院空间科学与应用研究中心的等离子体驱动微小碎片加速器,进行了空间微小碎片累积撞击太阳能电池的模拟试验。之后,利用体式显微镜统计出太阳能电池表面的撞击坑,并测量了撞击前后太阳能电池的开路电压、短路电流、最大输出功率等参数的变化。试验结果与理论分析揭示了引起太阳能电池功率衰减的主要原因是碎片累积撞击导致的太阳能电池表面损伤。

一种新型空间微小碎片超高速碰撞试验地面模拟方法

文章简要叙述了空间微小碎片环境及其对航天器的影响,同时介绍了一种新型空间微小碎片超高速碰撞地面模拟方法——激光驱动飞片技术。

空间微小碎片累积作用下材料光学性能退化预示模型适用性研究

航天器在轨服役期间会遭受到大量空间微小碎片和微流星体的撞击作用,其中的微米级粒子将在航天器表面产生大面积砂蚀现象,并使材料或器件功能衰退。文章介绍了NASA空间微小碎片累积损伤材料光学性能退化预示模型并推导了两个预示模型之间的关系。利用ORDEM2000碎片分布模型估算了K8玻璃累积损伤面积。以K8玻璃为例,对比研究了两个预示模型的适用性。结果表明,当航天器外表面损伤程度小于40%,可利用Canoon模型评价和预示材料光学性能退化规律;当航天器外表面损伤程度大于40%,需利用Mirtich模型评价和预示材料光学性能退化规律。

空间微小碎片探测器设计

所描述的空间微小碎片探测器采用PVDF压电薄膜作为传感器,所探测的目标为质量分布5×10^(-11)g(直径约3．3μm)～l×10^(-5)g(直径约200μm),速度分布2km/s～15km/s的空间碎片和微流星体,所测量的信息为空间微小碎片的质量、飞行速度和轨道信息以及空间微小碎片时空分布情况。

微小空间碎片多参数在轨探测技术

空间碎片按尺寸可以分为大碎片、危险碎片和微小碎片。尺寸小于1 mm的空间碎片称为微小碎片,航天器对于该种空间碎片目前主要采取“抗”的手段进行防护,防护的主要设计流程是首先建立空间碎片环境工程模型;其次,对航天器运行轨道的微小空间碎片的时空分布规律进行评估;接下来设计防护措施对航天器进行防护处理;最后对航天器遭遇空间碎片撞击的风险进行评估。空间碎片环境是动态变化的,建立并修正空间碎片环境工程模型是一项有益的基础建设,需要获取微小空间碎片的空间环境探测数据。本文综述了近年来微小空间碎片环境探测领域发展,总结了目前主流的探测设备分类及发展脉络,分析了探测设备及其探测方法的发展趋势,提出了适宜的微小空间碎片多参数探测技术的方案。

空间微小碎片撞击对太阳电池表面损伤的评估方法

利用等离子体驱动微小碎片加速器,开展空间微小碎片撞击对太阳电池表面损伤的地面模拟实验,得到了微小碎片撞击对太阳电池表面损伤的平均表面损伤系数和撞击损伤方程,并分别提出了利用平均表面损伤系数和撞击损伤方程评估空间微小碎片撞击对太阳电池表面损伤的评估方法.结合master2005空间碎片分布模式计算得到的空间微小碎片分布规律,采用这两种评估方法分别对800km轨道高度航天器太阳电池遭受微小碎片撞击引起的表面损伤率进行了评估.计算结果表明这两种方法能够相互验证,并且发现空间微小碎片撞击对太阳电池的表面损伤主要由5~500μm碎片撞击引起.

探测微小空间碎片的MOS电容传感器设计研究

获得在轨微小碎片环境数据,是建立、检验和完善微小碎片环境模型不可缺少的手段。国内空间碎片研究工作的深入开展,须要研制适合搭载到航天器上的微小碎片探测器,以完成轨道空间的微小碎片的质量、尺寸、速度及飞行方向等参数的测量。微小碎片撞击到金属-氧化物-半导体(MOS)电容传感器,会导致传感器放电和充电,通过检测充电过程的电脉冲信号,记录微小空间碎片撞击事件,从而获得微小空间碎片通量。文章就探测微小碎片的MOS电容传感器设计及其地面高速粒子撞击模拟试验进行了研究,并验证其探测微小空间碎片的可行性。

微小空间碎片气球卫星结构总体设计及分析

针对近地轨道飞行器长期面临微小空间碎片撞击的风险,提出了一种气球和充气重力梯度伸杆相结合的卫星构型方案,通过在气球表面布置PVDF压电薄膜来对微小空间碎片进行探测,预防破坏的发生。对气球卫星结构进行总体设计,使气球卫星通过分步充气的方式,实现由收拢到展开状态。通过分析气球卫星受到的各种环境力矩,提出一种杆长的计算方法;对气球卫星展开状态进行模态分析,其振动频率与气球卫星重力稳定的天平动频率、轨道频率不耦合,满足设计要求,为气球卫星的进一步设计提供参考。

MOS电容型微小空间碎片探测器探头研究

MOS电容传感器具有结构简单、可靠、功耗小等优点,在国外已被成功用于微小空间碎片在轨探测,但国内开展的相关研究还较少。文章在对MOS电容传感器探测微小空间碎片原理及过程进行分析的基础上,基于ADS软件建立了传感器电路模型,确定了影响传感器探测性能的关键参数,完成了传感器的设计及研制,进而研制了阵列式探头。最后对阵列式探头成功开展了地面高速微粒撞击试验,探头在经过了数十次高速微粒撞击后,仍能对高速撞击事件进行测量,初步验证了使用该探头开展在轨微小空间碎片探测是可行的。

激光驱动微小碎片超高速发射技术研究

激光驱动微小碎片装置是地面模拟微小空间碎片对航天器超高速碰撞的重要设备,其模拟碎片的速度和整体性是两个最关键的性能参数。文中从驱动设备的原理出发,介绍了激光性能参数、飞片靶约束层及烧蚀涂层对碎片速度和整体性的影响,并介绍了约束层和烧蚀涂层厚度设计方法及选材范围。近期的试验研究采用单膜结构飞片靶,试验可以将7μm厚、直径1 mm的铝膜驱动到8．3 km/s。

微小碎片对航天器舷窗玻璃损伤状况的跟踪研究

空间微小碎片环境比较复杂,其来源包括人为产生的碎片及微流星体。空间微小碎片不仅速度较高,而且数量庞大。它们频繁撞击航天器外表面,包括舷窗部位,特别是对航天飞机舷窗已造成巨大危害,使长期服役的国际空间站舷窗玻璃存在安全隐患。文章简要介绍了空间微小碎片对航天飞机和空间站舷窗玻璃的损伤状况,以及NASA对此做出的改进措施,这些跟踪研究成果可为我国长寿命、高可靠航天器舷窗结构设计提供参考依据。

钛表面夹层薄膜对微小碎片撞击防护的影响

目的提高航天器材料表面空间微小碎片的防护能力。方法基体采用高纯钛。以氟化铵的乙二醇溶液为电解液,采用阳极氧化法在钛表面制备类蜂窝状TiO_2纳米管阵列夹层;用氢氧化钠溶液,通过碱热处理方法,在钛表面制备泡沫状多孔结构夹层。再采用溶胶凝胶方法制备SiO_2表板覆层,最终在钛表面形成具有类蜂窝状纳米管阵列夹层和泡沫状多孔结构夹层的两种防护膜层体系。通过扫描电子显微镜、超景深三维体式显微镜分析表面形貌;采用激光驱动飞片模拟碎片撞击试验,评价膜层对微小碎片撞击防护的效果;用纳米压痕仪测定材料表面载荷-深度曲线,评价表面力学性能。结果钛金属表面具有类蜂窝状纳米管阵列和泡沫状多孔结构夹层时,表面接触刚度可明显降低,提高了外力作用下的接触变形能力。受到高速撞击时,可以较好地吸收高速撞击产生的能量,对高速撞击有一定的防护作用。结论在钛表面制备了TiO_2纳米管阵列/SiO_2和多孔结构/SiO_2两种复合防护膜系,可以有效提高表面抗冲击能力。开展表面膜层结构化设计,是对空间微小碎片表面防护的有益探索,对于空间微小碎片防护具有重要意义。

CAST激光驱动微小飞片及其超高速撞击效应研究进展

激光驱动飞片技术(LDFT)在模拟微米级空间碎片对航天器的超高速撞击效应方面具有独特的优势。文章全面介绍了北京卫星环境工程研究所在激光驱动飞片技术与微米级空间碎片超高速撞击效应地面模拟研究中取得的若干进展,包括激光驱动飞片的理论计算、超高速飞片的稳定发射技术、超高速飞片速度瞬态测量技术、航天器外露表面的超高速撞击特性、超高速撞击累积损伤评价方法,以及微米级空间碎片超高速撞击防护技术探索等研究。同时,展望了激光驱动飞片技术以及微米级空间碎片累积撞击实验研究的发展方向。

空间粉尘探测器研究进展

文章在系统地总结空间粉尘(微小空间碎片和微流星体)探测技术的基础上,重点分析了压电型探测器、半导体型探测器、电离型探测器、组合式探测器等的工作原理、技术特点及其应用,同时简要评述了空间粉尘探测技术的发展趋势。

激光诱导等离子体模拟微小空间碎片撞击诱发放电研究

微小空间碎片撞击诱发放电能够触发航天器的在轨工作异常甚至失效,对航天器的安全运行构成严重威胁.国内外相关机构已经利用地面模拟装置对撞击诱发放电的机理进行了初步的研究,但是更深入的研究由于实验条件的限制受到制约,本文根据激光诱导等离子体与碎片撞击诱发等离子体参数相似的特点,首次提出了利用脉冲激光诱导等离子体技术模拟微小空间碎片撞击诱发放电的方法,并从理论上对该方法进行分析,初步的实验结果证实了该方法的可行性.

微小空间碎片撞击诱发放电效应研究

微小空间碎片超高速撞击航天器表面,能够抛射出高密度的等离子体云团,如果撞击发生在航天器的高充电表面或带电部件等敏感区域,撞击等离子体将会诱发放电,该机制已经引起了广泛的关注,但是相关研究还十分欠缺.本文利用等离子体驱动微小碎片加速器加速200μm的微粒,通过模拟实验开展微小空间碎片撞击诱发放电的研究,获得了典型的实验结果,对撞击诱发放电信号的特征进行了分析.

微小空间碎片撞击发光信号监测及应用研究

超高速撞击实验中,通过对撞击发光信号的监测,利用光谱分析法测量超高速微粒撞击形成等离子体的温度和密度是最有效的方法,也是深入研究微小空间碎片撞击诱发放电效应的基础.国内外相关机构已利用该方法对毫米以上微粒撞击等离子体的参数进行了监测,但是毫米以下微粒撞击发光信号的监测难度更大,相关研究还未见报道.本文在等离子体驱动微小碎片加速器上对百微米级微粒超高速撞击的发光信号进行了监测,对该撞击发光信号以及撞击诱发放电过程中发光的基本特征进行了分析,并提出了利用撞击发光信号对微粒速度进行测量的方法.