CN107024496A - 航天器材料原子氧与热循环效应试验方法 - Google Patents

航天器材料原子氧与热循环效应试验方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107024496A
CN107024496A CN201710196547.7A CN201710196547A CN107024496A CN 107024496 A CN107024496 A CN 107024496A CN 201710196547 A CN201710196547 A CN 201710196547A CN 107024496 A CN107024496 A CN 107024496A
Authority
CN
China
Prior art keywords
thermocirculator
atomic oxygen
test
oxygen source
vacuum chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710196547.7A
Other languages
English (en)
Inventor
姜海富
周晶晶
翟睿琼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering
Original Assignee
Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering filed Critical Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering
Priority to CN201710196547.7A priority Critical patent/CN107024496A/zh
Publication of CN107024496A publication Critical patent/CN107024496A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种航天器材料原子氧与热循环效应试验方法，该方法根据试验要求确定原子氧源及热循环装置的工作时间及工作方式，并在真空室内进行原子氧与热循环综合作用试验，记录作用时间及试样温度；根据原子氧与热循环试验工作时间的不同，进行热循环与原子氧综合作用试验。本发明所采用的试验方法可用于航天器材料空间原子氧与热循环作用下的性能退化状况评估，得到航天器材料在空间原子氧与热循环环境下的性能退化数据。

Description

航天器材料原子氧与热循环效应试验方法
技术领域
本发明涉及一种航天器热试验技术领域，具体而言，本发明涉及一种航天器材料原子氧与热循环效应试验方法，适用于航天器材料空间原子氧/热循环效应的地面模拟试验与评价。
背景技术
原子氧是低地球轨道(Low Earth Orbit，LEO)最主要的环境因素之一，它会对航天器暴露组件、材料产生非常致命的伤害，影响其在轨服役寿命。航天器在轨运行期间还要经历热循环的作用，温度范围一般在172K～566K之间，以低地球轨道90min的轨道周期为例，工作寿命30年的航天器在轨要经受17520次热循环作用，对航天器材料的影响也是非常巨大的。研究表明，相对于单一因素，原子氧与热循环综合效应损伤更为严重，因此，研究航天器材料原子氧与热循环综合环境效应，获取性能退化数据，对于航天器空间环境防护设计具有重要的意义。
目前，原子氧与热循环综合环境效应试验分为顺次试验和同时试验两种方式。顺次试验指同一试样在进行原子氧试验或热循环试验后，再开展热循环试验或原子氧试验。但由于顺次试验环境与空间实际环境存在差异，试验结果的有效性有待提高。同时试验指同一试样同时进行原子氧与热循环环境试验，但试验中存在低能(<0.5eV)氧离子代替原子氧(5eV左右)环境、热循环温度区间范围较小、试验流程等细节不明确的问题。当前，航天器材料种类众多，应用场合各异，对于长寿命航天器而言，原子氧与热循环综合效应已经成为影响材料空间使用性能的重要问题，亟需建立相应的试验方法，无法指导地面试验的进行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出了一种航天器材料原子氧/热循环综合效应试验方法，用于指导地面模拟试验的设计、实施，为航天器空间环境防护设计提供依据。
本发明采用了如下的技术方案：
航天器材料原子氧与热循环效应试验方法，包括如下步骤：
1)根据试验要求确定原子氧源及热循环装置的工作时间及工作方式；
2)准备试验试样，并将试验试样在不高于10-2Pa量级的气压下常温保存24小时以上，然后对试验试样的初始质量、太阳吸收率、红外发射率等性能进行测试；
3)将试验试样设置于真空室内的试验靶台上，并将试验靶台置于真空室中，在试验靶台背面设置温度传感器，将温度传感器的信号线引出真空室外，检测试验试样温度；
4)关闭真空室上所有放气阀门，开启真空机组，抽真空至气压低于5×10-2Pa；
5)打开气体流量计，将纯氧气送入到真空室中；
6)开启原子氧源和热循环装置，进行原子氧与热循环综合作用试验，并记录开始作用的时间及试样温度；
7)原子氧与热循环试验存在以下两种情况：a.原子氧源与热循环装置工作时间相同，此时采取两种环境因素全程综合作用方式进行试验；b.原子氧源与热循环装置工作时间不同，此时应将作用时间少的原子氧或热循环分段与相应的热循环或原子氧进行综合作用；
8)试验过程中保持试验设备参数稳定；
9)关闭原子氧源与热循环装置，并记录停止综合作用的时间；
10)关闭真空机组，待试验试样温度达到常温时，打开真空室放气阀门复压到常压后，打开真空室；
11)将试验试样从真空室中取出，按试验要求进行相关性能测试并记录。
其中，试验要求包括预先设置的相关参数，相关参数包括原子氧积分通量、原子氧束流密度、热循环温度、热循环次数、升降温速率和保温时间等。
其中，氧气的纯度为99.9％-99.999％。
其中，原子氧源为微波源或激光源，通过法兰接口连接于真空室室壁上。
其中，热循环装置由低温单元及加热单元构成，低温单元通过液氮冷却靶台保证试样低温，加热单元通过对设置于靶台上的电阻加热，实现对试样的高温控制，该热循环装置可通过温度电子调节仪实现试样温度范围－196℃～300℃的精确控制。
其中，靶台为Ti板或Mo板，在真空室内垂直于原子氧束流方向放置，安装试样面朝向原子氧束流方向，靶台与原子氧源在真空室上的法兰口距离为3cm～5cm。
其中，所述的分段分三段进行，当原子氧源与热循环装置工作时间分别为t1和t2且t1<t2时，则[0～t2]时间内热循环装置全程工作，而原子氧源与热循环装置同时开机，工作流程为：原子氧源工作t1/3时间；停止工作(t2－t1)/2时间；原子氧源继续工作t1/3时间，停止工作(t2－t1)/2时间；原子氧源继续工作t1/3时间。
其中，当原子氧源与热循环装置工作时间分别为t1和t2且t1>t2时，则[0～t1]时间内原子氧源全程工作，而热循环装置与原子氧源同时开机，工作流程为：热循环装置工作t2/3时间；停止工作(t1－t2)/2时间；热循环装置继续工作t2/3时间，停止工作(t1－t2)/2时间；热循环装置继续工作t1/3时间。
本发明所采用的试验方法可用于航天器材料空间原子氧与热循环作用下的性能退化状况评估，得到航天器材料在空间原子氧与热循环环境下的性能退化数据。
附图说明
图1为本发明的用于原子氧与热循环试验的系统框图。
其中，1、原子氧源；2、试验靶台；3、热循环装置；4、真空系统；5、真空室。
具体实施方式
以下介绍的是作为本发明所述内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本发明的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。
参见图1，图1为本发明的用于原子氧与热循环试验的系统框图。其中，真空室5内设置有试验靶台2，并且设置有真空系统4，真空系统4可对真空室5进行抽真空，真空室5中对应试验靶台2上部的位置处设置有原子氧源1，以对试验靶台2上的试样进行原子氧试验，真空室5室壁上设置有热循环装置3，以对试验靶台2上的试样进行热循环试验。
在上述试验环境中进行原子氧与热循环试验的方法，其中，表1给出了原子氧与热循环试验参数表：
(1)针对表1中试验参数确定原子氧源及热循环装置工作时间及工作方式；
原子氧源工作时间t1：6×1020/(5×1015)/3600＝33.3小时；热循环装置工作时间t2：(300/5+300/3.5+10+10)×300/60＝828.6小时。由于t1<t2，则具体工作方式为原子氧源与热循环装置同时开机，热循环装置全程工作828.6小时。原子氧源工作方式为：工作11.1小时，停止工作397.7小时；继续工作11.1小时，停止工作397.7小时；继续工作11.1小时，试验结束。
(2)将尺寸为20mm×6mm×2mm的碳环氧复合材料试样在不高于10-2Pa量级的气压下常温保存24小时，然后对试样初始质量、层间剪切性能进行测试；
(3)将试验试样安装于试验靶台上，并将试验靶台置于真空室中，靶台与原子氧源在真空室上的法兰口距离为3cm，在靶台背面安装温度传感器，将信号线引出真空室外，检测试验试样温度；
(4)关闭真空室上所有放气阀门，开启真空机组，抽真空至专用技术文件要求的真空度，一般压力低于5×10-2Pa；
(5)打开气体流量计，将纯度为99.9％的氧气送入到真空室中；
(6)开启原子氧源和热循环装置，进行原子氧与热循环综合作用试验，并记录开始作用的时间及试样温度；
(7)原子氧源工作11.1小时后，关闭397.7小时；再继续工作11.1小时，关闭397.7小时；最后继续工作11.1小时；
(8)试验过程中保持试验设备参数稳定；
(9)关闭原子氧源与热循环装置，并记录停止综合作用的时间；
(10)关闭真空机组，待试验试样温度达到常温时，打开真空室放气阀门复压到常压后，打开真空室；
(11)将试验试样从真空室中取出，按试验要求进行质量损失及层间剪切性能测试，结果见表2，表2为原子氧与热循环试验前后试样的性能数据。
尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，本领域的技术人员可以依据本发明的精神对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用在未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.航天器材料原子氧与热循环效应试验方法，包括如下步骤：
1)根据试验要求确定原子氧源及热循环装置的工作时间及工作方式；
2)准备试验试样，并将试验试样在不高于10-2Pa量级的气压下常温保存24小时以上，然后对试验试样的初始质量、太阳吸收率、红外发射率等性能进行测试；
3)将试验试样设置于真空室内的试验靶台上，并将试验靶台置于真空室中，在试验靶台背面设置温度传感器，将温度传感器的信号线引出真空室外，检测试验试样温度；
4)关闭真空室上所有放气阀门，开启真空机组，抽真空至气压低于5×10-2Pa；
5)打开气体流量计，将纯氧气送入到真空室中；
6)开启原子氧源和热循环装置，进行原子氧与热循环综合作用试验，并记录开始作用的时间及试样温度；
7)原子氧与热循环试验存在以下两种情况：a.原子氧源与热循环装置工作时间相同，此时采取两种环境因素全程综合作用方式进行试验；b.原子氧源与热循环装置工作时间不同，此时应将作用时间少的原子氧或热循环分段与相应的热循环或原子氧进行综合作用；
8)试验过程中保持试验设备参数稳定；
9)关闭原子氧源与热循环装置，并记录停止综合作用的时间；
10)关闭真空机组，待试验试样温度达到常温时，打开真空室放气阀门复压到常压后，打开真空室；
11)将试验试样从真空室中取出，按试验要求进行相关性能测试并记录。
2.如权利要求1所述的方法，其中，试验要求包括预先设置的相关参数，相关参数包括原子氧积分通量、原子氧束流密度、热循环温度、热循环次数、升降温速率和保温时间等。
3.如权利要求1所述的方法，其中，氧气的纯度为99.9％-99.999％。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其中，原子氧源为微波源或激光源，通过法兰接口连接于真空室室壁上。
5.如权利要求1-3任一项所述的方法，其中，热循环装置由低温单元及加热单元构成，低温单元通过液氮冷却靶台保证试样低温，加热单元通过对设置于靶台上的电阻加热，实现对试样的高温控制，热循环装置通过温度电子调节仪实现试样温度范围－196℃～300℃的精确控制。
6.如权利要求1-3任一项所述的方法，其中，靶台为Ti板或Mo板，在真空室内垂直于原子氧束流方向放置，安装试样面朝向原子氧束流方向，靶台与原子氧源在真空室上的法兰口距离为3cm～5cm。
7.如权利要求1-3任一项所述的方法，其中，所述的分段分三段进行，当原子氧源与热循环装置工作时间分别为t1和t2且t1<t2时，则[0～t2]时间内热循环装置全程工作，而原子氧源与热循环装置同时开机，工作流程为：原子氧源工作t1/3时间；停止工作(t2－t1)/2时间；原子氧源继续工作t1/3时间，停止工作(t2－t1)/2时间；原子氧源继续工作t1/3时间。
8.如权利要求1任一项所述的方法，其中，当原子氧源与热循环装置工作时间分别为t1和t2且t1>t2时，则[0～t1]时间内原子氧源全程工作，而热循环装置与原子氧源同时开机，工作流程为：热循环装置工作t2/3时间；停止工作(t1－t2)/2时间；热循环装置继续工作t2/3时间，停止工作(t1－t2)/2时间；热循环装置继续工作t1/3时间。
CN201710196547.7A 2017-03-29 2017-03-29 航天器材料原子氧与热循环效应试验方法 Pending CN107024496A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710196547.7A CN107024496A (zh) 2017-03-29 2017-03-29 航天器材料原子氧与热循环效应试验方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710196547.7A CN107024496A (zh) 2017-03-29 2017-03-29 航天器材料原子氧与热循环效应试验方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107024496A true CN107024496A (zh) 2017-08-08

Family

ID=59525482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710196547.7A Pending CN107024496A (zh) 2017-03-29 2017-03-29 航天器材料原子氧与热循环效应试验方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107024496A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108974398A (zh) * 2018-09-18 2018-12-11 上海空间电源研究所 一种多角度原子氧试验在线监测装置及监测方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101093228A (zh) * 2006-06-23 2007-12-26 中国科学院金属研究所 一种模拟近地轨道空间复合环境方法及所用装置
CN102085920A (zh) * 2009-12-04 2011-06-08 北京卫星环境工程研究所 低地轨道空间原子氧、紫外、电子综合环境地面模拟系统
CN102116731A (zh) * 2009-12-31 2011-07-06 北京卫星环境工程研究所 用于长寿命航天器材料的抗原子氧性能的测试方法
CN103616304A (zh) * 2013-11-26 2014-03-05 北京卫星环境工程研究所 航天器用带防护涂层材料碎片和原子氧作用试验方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101093228A (zh) * 2006-06-23 2007-12-26 中国科学院金属研究所 一种模拟近地轨道空间复合环境方法及所用装置
CN102085920A (zh) * 2009-12-04 2011-06-08 北京卫星环境工程研究所 低地轨道空间原子氧、紫外、电子综合环境地面模拟系统
CN102116731A (zh) * 2009-12-31 2011-07-06 北京卫星环境工程研究所 用于长寿命航天器材料的抗原子氧性能的测试方法
CN103616304A (zh) * 2013-11-26 2014-03-05 北京卫星环境工程研究所 航天器用带防护涂层材料碎片和原子氧作用试验方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108974398A (zh) * 2018-09-18 2018-12-11 上海空间电源研究所 一种多角度原子氧试验在线监测装置及监测方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104122381B (zh) 一种真空高低温月壤环境模拟装置及其模拟方法
Medved Photodesorption in zinc oxide semiconductor
CN106802218B (zh) 一种真空镀膜腔体检漏系统及检漏方法
CN105181900B (zh) 大容积温度和压力可同步连续调节的高温热辐射试验装置及方法
CN103674448B (zh) 压力控制系统与航天器密封舱连接处漏率检测装置及方法
CN105854960A (zh) 火星温度和压力环境的地面模拟试验系统及试验方法
CN102128985A (zh) 一种介质材料电导率的测试方法
CN205826237U (zh) 一种换热器内漏外漏检测装置
CN105784288A (zh) 一种镉镍电池氦质谱漏率测试方法
CN102162825A (zh) 一种介质材料充放电测试设备
CN103471792A (zh) 一种人防设备检测平台及其气密性检测方法
CN110715784B (zh) 一种振动环境条件下的动力装置点火试验方法
CN107024496A (zh) 航天器材料原子氧与热循环效应试验方法
CN105910953A (zh) 一种测量材料单质气体放气率的装置及方法
CN106768811B (zh) 高频感应风洞真空压力调节系统及压力调节方法
CN110657966B (zh) 一种红外导引头制冷试验设备
CN104198131A (zh) 行波管检漏设备及其应用方法
CN102339655B (zh) 温控可充气真空辐射设备
CN110553948A (zh) 一种基于质谱分析的动态气体渗透率测试装置及方法
CN103616304A (zh) 航天器用带防护涂层材料碎片和原子氧作用试验方法
CN206208685U (zh) 一种采用动态流导法测量材料放气性能的真空测量系统
CN101710017B (zh) 一种真空系统检漏的方法
CN108535763A (zh) 一种氡活度绝对测量装置
Sabulsky et al. Reaching ultra-high vacuum for a large vacuum vessel in an underground environment
CN102116731A (zh) 用于长寿命航天器材料的抗原子氧性能的测试方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170808