空间三结砷化镓太阳电池位移损伤效应研究

对金属有机化合物化学气相沉淀(MOCVD)生长的三结砷化镓太阳电池进行高能电子和质子辐照试验,获得太阳电池的短路电流、开路电压、最大输出功率辐射衰减数据。发现不同能量电子和质子对太阳电池的辐射衰减系数,可利用电子或质子的位移损伤剂量关联起来。利用该关系对中星10号卫星的三结砷化镓太阳电池阵在轨辐射衰退进行预测,发现太阳电池阵在轨输出功率与地面模拟预测数据基本吻合。研究结果可为空间辐射环境中应用的三结砷化镓太阳电池冗余设计提供参考数据。

空间激光通信系统光电器件辐射效应研究

针对空间激光通信系统所用高速半导体激光器、光电探测器、掺铒光纤放大器(EDFA)、石英光纤等关键器件,开展电子、质子和γ射线辐照试验。半导体激光器经^(60)Co-γ射线和电子加速器辐照后斜率效率发生轻微下降,下降程度与总剂量大小有关;而光功率在电子辐照后出现严重下降,表明电子辐照比γ射线产生更多的损伤,可以归因于电子造成的位移损伤。PIN光电探测器在质子辐照后,暗电流和电容都明显增大,主要是由于质子造成的位移损伤引入深能级缺陷增加势垒,导致光电探测器性能退化。EDFA系统的掺铒光纤经^(60)Co-γ射线辐照后,对系统的增益和噪声影响很大。石英光纤主要受总剂量效应影响,辐射损耗随光纤通入的光波波长增大而减小,而且光纤损耗的剂量率效应不明显,实际试验可以根据试验条件选择适当的剂量率。研究结果可为空间激光通信系统的元器件选型、辐射效应评估与抗辐射加固设计提供参考数据。

空间光通信用量子点激光器辐射损伤效应研究

采用电子和质子辐射空间激光通信系统,选用1 310 nm量子点激光器,对其辐射损伤效应开展研究,给出了辐射前后器件的I-V和I-P等特性参数随辐射剂量的变化数据,并对主要结果进行了分析。结果表明,随着辐射剂量的增加,同一电流处的电压均随着辐射剂量呈上升趋势;量子点激光器阈值电流逐渐增大,同时,在同一驱动电流下,光功率逐渐减小,斜率效率下降;当电子和质子的辐射剂量分别超过1×10~7rad和8×10~5rad之后,阈值电流增加和斜率效率的下降趋势都变缓。

低轨道高压太阳电池阵充放电效应防护薄膜技术研究

星用高压太阳电池阵已得到越来越多的应用,但其充放电效应防护问题仍未得到彻底解决,限制了其在低轨道航天器的应用。提出了一种星用高压太阳电池阵充放电防护薄膜技术,通过隔离太阳电池表面与空间等离子体的相互作用,从而防止充放电效应发生。防护薄膜具有ITO/硅氧烷/透明基底的复合结构,其透过率超过90%。验证试验结果表明,防护薄膜可以有效防止高压太阳电池阵在低轨道环境中发生充放电现象。

短中波红外长线阵拼接集成滤光片技术研究

空间光谱成像技术的发展使得探测器阵列与分光元件的集成成为一种趋势,长线阵拼接集成滤光片是空间多光谱成像仪实现焦平面集成分光的关键器件,在我国空间多光谱成像光学系统中需求明显。设计了4通道短中波红外长线阵拼接集成滤光片,采用离子束辅助轰击的电子枪蒸发方法制备了各通道窄带滤光片,利用专门研制的工装探索了拼接工艺,研制出了短中波红外长线阵拼接集成滤光片。测试结果表明:集成滤光片各通道平均透射率达到90%,最小带宽为230 nm (中心波长为4.95μm),光谱性能与设计结果吻合,满足性能指标要求。最小拼缝宽度仅为10μm,拼缝不平行误差为1μm,集成滤光片设计结构和拼接强度能够耐受抗振性试验。该集成滤光片已经在空间光学遥感仪器上成功应用。

不同带电情况下介质材料二次电子发射特性研究

空间材料二次电子发射特性是决定航天器表面带电速率和充电平衡电位水平的重要参数。本文利用1～5 keV 的脉冲电子束开展了聚酰亚胺（kapton）、玻璃盖片和光学太阳反射镜（OSR）材料的二次电子发射系数（δ）测试，并完成了介质材料表面不同充电情况下的二次电子发射特性研究。研究结果表明，在入射电子能量为1～5 keV 范围内材料二次电子发射系数随入射电子能量上升而下降，同时当二次电子发射系数大于1时，材料表面将累积正电荷，二次电子发射系数下降，当二次电子发射系数小于1时，材料表面将累积负电荷，二次电子发射系数将增加。

高能电子辐照下介电材料导电性能研究

利用蒙特卡洛方法分析了不同束流密度0.8 MeV电子辐照下介电材料导电性能的变化趋势,同时开展了0.8 MeV电子辐照下聚酰亚胺(Kapton)材料导电性能实验研究.理论和实验结果表明,在0.8 MeV电子辐照后,Kapton材料导电性能在不同吸收剂量率下变化较大,电导率最大可上升5个量级,电阻由1014 Ω变为1012 Ω,下降2个量级.

高压太阳电池阵静电放电产生脉冲信号的特性研究

研究高压太阳电池阵静电放电产生脉冲信号的特性,有助于深入了解太阳电池阵充放电形成机制。在试验中,利用电子枪模拟GEO空间带电环境,辐照太阳电池样品表面。利用电流探头CT-2、单极子天线和数字存储示波器测量静电放电所产生的脉冲电流、辐射电场并记录其波形。试验结果表明:太阳电池在静电放电过程中产生了脉冲宽度为几μs的瞬态电流,其峰值幅度为几A;辐射电场的脉冲信号持续时间几百ns至几个μs,其峰值幅度达数百V/m。脉冲信号的时域特征表现为脉冲群,其波形具有陡峭的前沿,能量分布的频率范围主要集中在0.1~50 MHz之间。最后根据上述研究对在轨静电放电测试仪的设计提出建议。

火星二氧化碳及水资源利用的研究进展

对于未来火星采样返回、载人火星探测任务而言,火星原位资源利用技术的研究具有必要性。在火星上提取并提前存储火星可用物资,可保障载人火星探测任务甚至火星殖民的需求。基于火星原位资源利用概念,对火星大气可利用的资源进行分析,分别从两大方面(二氧化碳资源和水资源利用)对国内外相关技术的发展情况进行分析,给出宇航员在火星活动和返回舱返回时,获取所需甲烷和氧气的方法。

介质材料在电子辐射环境中的放电特性

航天器表面介质材料在空间等离子体环境下会产生放电现象,放电诱发的瞬态脉冲会对航天器在轨安全运行产生较大的影响。通过对不同厚度的聚酰亚胺和聚四氟乙烯材料进行电子辐照,对放电诱发的瞬态脉冲进行测量,结果表明:随着电子能量增加,材料的电荷累积速率加快,放电电流的峰值并不随着电子能量的增加而增大,而是一个近似不变的值;放电频率随着电子能量的增加而增大且呈现出正相关的特性;随着介质材料厚度略微增大,表面充电电位增大,累积的电荷量增多,放电峰值增大,放电频率变小。

原子氧作用下导电黑膜性能退化研究

原子氧环境是影响低地球轨道(LEO)航天器材料性能的主要空间环境因素之一,其强氧化性能够对材料造成危害。镀膜型导电黑色聚酰亚胺薄膜(简称导电黑膜)具有良好的消杂光和防静电特性,是常用的卫星天线和整星表面的防护材料。本文通过开展国外替代产品导电黑膜原子氧模拟实验,研究原子氧作用下导电黑膜的性能退化。初步探索了我国导电黑膜低轨原子氧环境适应性,为我国导电黑膜低地球轨道应用提供建议。

功能化石墨烯光电探测器研究进展

石墨烯是一种具有零带隙能带结构、常温下极高的电子迁移率、极低的电阻率以及高透光性的新型碳材料。基于石墨烯优异的光学特性、电学特性和光电性能使其成为下一代高频、超快、宽光谱光电器件的优良材料。目前已有许多基于石墨烯的光电探测器研究,简要介绍了石墨烯的性质、结构和光电探测器的基本原理,重点讨论了功能化石墨烯在光电探测器领域的应用和研究现状,并指出了存在的不足,展望了未来的发展方向。

二次电子和背散射电子发射对卫星表面电位的影响

利用麦克斯韦函数描述空间等离子体能量分布特性,计算获得了空间等离子体中电子和离子充电电流密度、二次电子和背散射电子发射系数,并基于充放电平衡方程,建立了表面充电电位的计算方法。研究结果表明,二次电子和背散射电子在卫星表面材料Kapton的充电电位中约占25%。

低轨道太阳电池势垒效应及其对卫星绝对带电影响

针对太阳电池正偏置工作电压和玻璃盖片表面负电位产生的势垒及其对低轨道航天器绝对带电的影响。本文首先基于轴对称模型结构分析了电池间隙裸露导体尺寸对太阳电池势垒效应的影响。研究结果表明,太阳电池势垒效应随着电池裸露导体尺寸增大而减弱。并且利用航天器与等离子体相互作用分析软件,通过PIC(Particle In Cell)方法研究了低轨道等离子体环境下太阳电池间隙裸露导体尺寸和工作电压对航天器悬浮电位的影响,并将仿真分析结果与无限大平板电流收集模型计算结果进行了对比分析,对比悬浮电位仿真分析与模型计算结果表明,太阳电池产生的势垒效应阻碍了航天器对电子电流的收集。

洁净系统中激光诱导颗粒污染物的分析与评估

高功率激光系统要求在洁净环境中运行,若光学元件表面在工作过程中附着污染物,将导致光学元件的损伤及整个系统负载能力的下降。针对洁净系统中激光与材料作用而产生的颗粒物,分析其作用机制,探讨用于评估的理论依据,讨论测量的需求和方法,并对系统表面存在的颗粒污染物进行了实际测量分析,提出了深入开展高功率激光系统中颗粒污染物测量与评估的技术途径。

星用高压电缆内带电效应模拟试验

测试了在高能电子辐照和高工作电压共同作用下,星用高压电缆的静电放电信号。同时,利用蒙特卡罗方法分析了高能电子沉积位置,并利用有限元法分析了高工作电压下,高压电缆的内部电场分布及变化。

火星土壤水分光热采集方法可行性分析

展望火星采样返回、载人火星探测和火星基地建设等未来任务,目前开展火星原位资源利用技术研究已具有较为实际的意义和需求。已实施的火星探测表明,火星的水资源存在于火星北极与南极的冰盖以及火星的土壤和大气中。文章针对火星表面含有水冰的土壤,提出一种利用太阳光辐射使水冰受热升华再凝华成霜来实现水分采集的方法,给出原理性装置设计,并采用有限差分法计算了一定厚度土壤内的冰完全升华所需的时间,据此分析论证了所提出方法的可行性。

液态金属离子源在航天器电位主动控制的应用

航天器在轨运行期间太阳光照条件下,受光电子发射影响,航天器光照表面的电位达到正的数十伏。航天器表面带电现象会对其在轨安全稳定运行和空间等离子体探测数据的准确性造成严重影响。带正电航天器周围电场中离子和电子的速率和空间分布被扭曲,等离子体电子在鞘层加速,光照产生的光电子被吸引进入传感器,在低能量下引起高计数率,而且加速仪器微通道板的老化,使低密度等离子体的测量变得异常困难。因此,必须对航天器的电位进行主动控制。液态金属离子源电位主动控制器已在许多航天器上得到广泛的应用,通过主要介绍国外关于液态金属离子源电位主动控制器在航天器上的应用,为自主研制电位主动控制器满足空间科学探测的需求提供参考,也为军事和应用卫星在轨可靠运行提供防护方法。

60Coγ射线辐照单层石墨烯的损伤效应

石墨烯是一种在常温下拥有极低的电阻率、极高的电子迁移率和高透光性的零带隙能带结构的新型碳材料,由于石墨烯优异的电学特性、光学特性和光电性能使它为研制下一代超快、高频、宽光谱光电器件提供了可能,目前已有许多基于石墨烯的光电探测器件研究,若将此类器件未来应用于航天器必有巨大优势。基于此本工作首先用化学气相沉积法制备了单层多晶石墨烯,然后进行了伽马射线辐照单层石墨烯实验,并用拉曼光谱表征了辐照前后石墨烯微观结构变化,对辐照后石墨烯的缺陷间平均距离,缺陷密度等进行了分析,辐照使单层石墨烯产生缺陷,出现无序的sp^3杂化结构。此研究可为石墨烯光电器件在外层空间中的应用打下基础,为其他空间环境因素对石墨烯的影响研究提供借鉴参考。

航天器表面多层分子污染光学效应分析方法

空间分子污染凝结在航天器敏感表面会造成相关设备性能下降甚至失效。通过材料真空出气动力学理论,分析了分子污染在空间环境下出气、输运以及吸附过程,推导了分子污染层的形成过程并以此建立分子污染多层沉积膜物理模型。利用多层污染模型预测被污染光学表面透过率的影响因素预估,并测量两种常见的星用非金属材料不同温度下、不同沉积顺序的出气污染膜的透过率。研究结果表明样品受热温度越高,沉积的污染膜对光学表面的透过率衰减越大,且多层污染膜沉积的顺序对光学性能的影响很大,验证了模型预测结果的正确性。