材料空间暴露试验综述

随着空间科学研究的深入和载人航天、深空探测的需要,材料暴露试验引起了人们更多的关注和重视。主要介绍了国外该类试验的设计、内容、方案,分析了暴露材料与环境因素相互作用的机制,为我国开展此类试验提供参考。

原子氧防护涂层技术研究

原子氧是低地球轨道主要的残余气体粒子,其化学性质非常活泼,是极强的氧化剂,会对空间材料的性能产生严重的影响。介绍了低地球轨道的原子氧环境及原子氧防护方法;对有机、无机和复合原子氧防护涂层的优缺点、研究进展情况以及空间应用情况进行了详尽的阐述;最后分析了原子氧防护的发展方向。

轻火石玻璃空间辐射效应及试验方法

利用γ射线源,开展了空间用轻火石(QF)玻璃的空间辐射效应及试验方法研究。研究了QF在不同总剂量辐照条件下的性能退化规律。获得了轻火石玻璃最大辐照剂量达100 Mrad的辐射效应试验数据,总结了QF玻璃辐射效应变化规律。通过光谱解析等方法,分析了QF玻璃空间辐射效应机理及辐射损伤来源。建立了QF玻璃性能退化模型,QF玻璃随辐照剂量的增大呈现指数衰减规律。进行了QF玻璃在常温、343 K及373 K条件下的退火试验,总结了QF玻璃的退火规律,并将退火的影响应用于控制光学玻璃材料辐照后测试时间。

功能材料在轨暴露试验装置及其测量系统的研究

在轨暴露试验是开展典型材料性能研究的关键环节,基于常用星用功能材料的被动试验和在线监测需求,研制了低轨道回收式暴露试验装置,该装置能够实现近地球轨道原子氧、涂镀层性能退化的在轨监测,并能同时搭载3种不同材料,完成材料的单面或双面暴露试验。

非易失性阻变存储器总剂量效应试验研究

存储器作为航天器电子系统不可或缺的一部分,在航天应用中需要有良好的抗辐射能力。阻变存储器(Resistive Random Access Memory,RRAM)是一种新型的非易失性半导体存储器,性能优良,但对其辐射效应的研究较少。本文侧重于在理论分析的基础上,结合60Coγ射线辐照试验得到的结果对RRAM的总剂量效应失效机理进行分析研究。首先,通过对RRAM中单个MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)管总剂量效应的分析,提出器件失效机理的两个假设,然后对写入不同初始数据的器件进行有针对性的辐照试验,对不同累积剂量时存储器的数据读取功能和静态工作电流进行测量,统计得到的结果验证了假设的正确性。研究结果表明:RRAM辐照敏感单元为存储阵列,RRAM读取功能失效是由于MOS管在辐照下产生漏电流,导致读电路的电平输出状态改变而引起的。

InGaAs红外阵列探测器辐射效应研究

InGaAs红外阵列探测器作为空间通信、遥感等领域短波红外测量的核心器件,可能会受到空间辐射的影响而性能退化,对其进行辐射效应研究是评价其空间可靠应用的前提。对InGaAs探测器开展了γ辐射效应研究,对比研究了辐照前后探测器的直流电平、响应信号、黑体响应率、峰值响应率、黑体探测率、峰值探测率、噪声、噪声等效温差(NETD)以及黑体响应非均匀性等基本性能参数的变化,分析了探测器工作电流和输出图像的变化。研究表明,随着γ辐射剂量的累积,探测器的探测能力下降,性能退化;同时分析了γ辐射对探测器性能的作用机制,以期为InGaAs探测器的抗辐射加固和空间应用研究提供支持。

电子/质子综合辐照带通滤光片的性能退化机理研究

随着航天器的寿命从5年增加到8年以上,光学薄膜在空间飞行中经受的带电粒子辐照时间更长,光学薄膜更容易受到损伤,因此对光学薄膜抗辐射性能要求也不断提高。开展了光学薄膜带通滤光片电子/质子综合辐照实验,研究电子/质子综合辐照作用下带通滤光片的性能退化规律,借助于XPS和AFM等表面分析技术对带通滤光片微观分析,研究带通滤光片在电子/质子综合辐照下的退化机理。为带通滤光片空间适应性研究提供基础,同时为带通滤光片工艺设计与可靠性提供技术支撑。

朗缪尔探针及其可展机构设计

为实现对空间环境等离子体参数的测量,依据某航天任务要求,设计并制作了一种朗缪尔探针及其可展机构。该朗缪尔探针主要由传感器、电路盒和可展机构组成,具有锁紧模式和展开模式2种工作状态;可展机构由旋转部分和伸展部分组成,利用扭转弹簧和压缩弹簧进行驱动。为提高机构的尺寸稳定性,制作过程对各个筒体进行了时效和高低温定型处理,球形传感器表面采用金镀层以保证耐蚀性和导电性。通过在地面环境下的测试,验证了朗缪尔探针的可行性和正确性,对可展机构的研究具有实际意义。

一种长波红外宽光谱长波通滤光片的设计与镀制

长波红外宽光谱长波通滤光片是光谱成像技术中重要的光学元件。本文研究了一种宽光谱长波通滤光片优化设计,论述了设计长波红外宽光谱长波通滤光片的设计原则和方法。根据等效折射率理论,以周期性对称膜系为基础,使用压缩透射区内波纹幅度的部分膜层优化方法,设计了满足性能指标要求的长波红外长波通滤光片。经过优化,所设计的膜系高透射波段内的平均透射率大于90%,高透射区内的最低透射率也高于85%。截止波段内的平均透射率小于1%,截止区内的最高透射率也低于5%。研究表明,部分膜层优化方法设计的膜系,膜层结构简单,有利于膜层厚度的监控,既能克服全自动优化方法给工艺上带来的困难,又弥补了解析法设计膜系时不能调整光谱特性的不足。

石墨烯质子探测器设计及探测响应仿真分析

银河宇宙射线和地球辐射带的质子对航天器的电子系统带来严重辐射危害,准确测量质子能量和通量,可以分析太阳活动程度,感知空间态势,同时为航天器在轨安全运行提供数据支持。基于飞行时间法(TOF)和ΔE-E方法,采用石墨烯与硅(Si)半导体相结合的方式设计了宽能量范围的中高能质子探测器,通过在Si半导体探测器和量能器中间设置钽(Ta)降能片,有效地减小探测器的体积,实现小型化设计。利用FLUKA模拟仿真分析了石墨烯质子探测器对质子、电子和氦粒子的鉴别能力,结果表明,探测器的粒子鉴别能力优于90%。

朗缪尔探针可展机构双扭弹簧设计

依据朗缪尔探针可展机构的设计需求,对照朗缪尔探针锁紧和展开两个工作模式,设计了一种并列双扭弹簧,该扭簧有压缩和伸展两种工作状态。同时为测试扭簧力学性能,结合弹簧测试机,设计了扭簧测试夹具。