CN108889272A - 航天器在轨分子污染吸附装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种航天器在轨分子污染吸附装置，包括基底材料和设置在基底材料之上的吸附剂层或吸附剂膜，基底材料为堇青石，沸石分子筛为吸附剂层，其中，沸石分子筛吸附剂层或膜，所述装置用于设置在航天器的表面上并通过沸石分子筛吸附剂层对其表面上的有机分子污染物进行吸附。本发明降低了航天器该区域内的污染水平，从而阻止污染物分子到达航天器敏感表面，实现航天器的污染控制。

Description

航天器在轨分子污染吸附装置
技术领域
本发明属于航天器有效载荷清洁技术领域，具体涉及一种航天器在轨的分子污染吸附装置，以清除空间环境中敏感器件受到的污染。
背景技术
航天器在轨运行期间，当遇到恶劣的环境工况或污染严重时，对航天器的光学系统、热控涂层和太阳能电池盖片的敏感器件产生影响，使之不能正常工作。航天器在轨分子污染吸附技术就是利用吸收力强的吸附材料对污染物分子进行吸附，从而降低航天器该区域内的污染水平，实现在轨清除。目前，NASA已经将此技术应用到哈勃望远镜，并取得了在轨试验数据；而国内目前对在轨清除污染物方面还未进行研究，因此，研究航天器在轨分子污染清除技术显得十分重要。
目前在轨清除污染物方法包括：表面擦洗、高压溶剂喷洗和CO2冰晶吹洗方法等。经过试验研究发现，表面擦洗和高压溶剂喷洗是去除表面粒子最有效的方法。但是有时这些方法也会对光学表面产生影响，如：当一个光学部件装在一个系统中，不易接触到，要想进行表面擦洗就比较困难，而且表面擦洗容易造成表面的划伤，导致光学元件损坏。在使用液体溶剂冲洗的方法时，溶剂可能会与周围的硬件、电子元件等发生反应，反而使光学表面的污染物增多。CO2冰晶吹洗方法主要用于在轨颗粒物的清洗。低温制冷设备可以达到在轨污染清除的目的，但是能耗大，寿命短。因此，发展了分子吸附器和分子吸附膜这种创新的清除航天器污染的方法。分子吸附具有体积小、重量轻、易操作和吸附量大等优点。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种航天器在轨分子污染吸附装置，为长寿命、高可靠航天器及污染高度敏感件的提供了一种新型的污染防护手段，解决航天器敏感器件在空间环境下易受污染的难题。
本发明目的是通过如下实现的：
航天器在轨分子污染吸附装置，包括基底材料和设置在基底材料之上的吸附剂层，其中，基底材料为堇青石，沸石分子筛为吸附剂层，其中，沸石分子筛吸附剂层通过水热合成方法复合在堇青石基底上，所述装置用于设置在航天器的表面上并通过沸石分子筛吸附剂层对其表面上的有机分子污染物进行吸附。
其中，所述装置通过固定装置固定在航天器表面上。
其中，沸石分子筛的孔径约为1nm。
其中，沸石分子筛为13X，其硅铝比(Si/Al)为1-1.5。
航天器在轨分子污染吸附装置，包括基底材料和涂覆在基底材料之上的吸附剂膜，其中，基底材料为热控涂层，沸石分子筛为吸附剂层，其中，沸石分子筛吸附剂膜通过喷涂方式复合在基底材料上，所述装置用于设置在航天器的表面上并通过沸石分子筛吸附剂膜对其表面上的有机分子污染物进行吸附。
其中，所述热控涂层为13X分子筛。
其中，沸石分子筛吸附剂膜在不改变分子筛原有属性的特征下，需要较好的黏结性能，以保证其在基底表面不脱落。
与现有技术相比，本发明的航天器在轨分子污染吸附装置，以多孔材料真空环境下吸附有机分子污染物为基础，可用于航天器在轨状态下的光学镜头、太阳电池玻璃盖片等敏感器件周围，直接对污染物实行在轨清除，具有方便、快捷、适用性好、重复性强等特点。
附图说明
图1是本发明一具体实施方式的航天器在轨分子污染吸附装置的结构示意图，其中，分子吸附装置的核心结构为沸石分子筛吸附剂层。
图2是本发明另一具体实施方式的航天器在轨分子污染吸附装置的结构示意图，其中，分子吸附装置的核心结构为沸石分子筛吸附膜。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但这仅仅是示例性的，并不旨在对本发明的保护范围进行任何限制。
本发明首先选择不同类型的多孔材料对航天器用非金属材料真空放气进行吸附性能试验，根据吸附剂、基底材料对不同有机分子污染物的吸附性能研究，从便利性、实用性和经济性等多方面考虑，选择合适的吸附剂和基底，然后对所选材料进行吸附参数验证，得到反应吸附剂吸附性能的数据，最后将多孔材料与基底制备分子吸附器和分子吸附膜，研究分子吸附器的功能参数(吸收力和有效粘附系数)。
具体而言，如图1所示，本发明的一具体实施方式的航天器在轨分子吸附装置，包括采用沸石分子筛为吸附剂，堇青石为基底，通过水热合成方法复合生长制成不同形状，该沸石分子筛的制备过程如下:
①溶胶的配制。将8g拟薄水铝石溶于101.2g去离子水中，配成溶液A，在A溶液搅拌下逐渐滴入6.55g浓硝酸，得到溶液B，然后将其加热到70摄氏度，在此温度下反应1小时。反应完后将其自然冷却到室温。
②晶种合成。取32g13X分子筛，溶于39.3g去离子水中得到溶液C，搅拌中将上述得到的溶胶缓慢加入溶液C中，搅拌后放入超声波环境中使其充分混合，得到晶种液，记为1号晶种液。
③浸渍。用清洗后的镊子夹住已经处理好的堇青石基体，浸入到上述所得的晶种液中，10s后取出，用高压气枪模拟高压流体环境，使所镀的晶种液更加均匀。然后再次浸入到晶种液中，重复5-8次，将样本表面擦拭干净后放入90°干燥箱中干燥8小时。待样本完全干燥后将其取出室温冷却后用高压气枪处理，保证粘结强度足够高，然后称重，与浸渍前对比并计算出增重百分比。
将水热法获得沸石分子筛吸附剂层与基底的制品通过固定装置设置在航天器在轨状态下光学部件的周围，利用沸石分子筛吸附剂层对航天器用非金属材料在空间环境下释放出的有机分子污染物进行吸附，可以对其周围的有机污染物进行在轨清除。例如，将上述吸附装置设置在航天器的易污染敏感表面位置，在轨运行2小时后，敏感部件仍保持足够的清洁度。
如图2所示，本发明的另一具体实施方式的航天器在轨分子吸附装置，包括采用沸石分子筛为吸附剂，堇青石为基底，底层的样品层(sample surface)代表航天器表面，包括金属(铝)表面和复合层表面等。中间层的基底可以为分子吸附涂层和表面层提供更好的粘附性能。譬如，底层包括航天器飞行任务的硅酸盐类漆和热控涂层。顶层的分子吸附膜采用沸石分子筛膜作为基底层的顶层喷涂在基底上。污染物吸附装置达到饱和后，可进行更换，饱和以后的污染物吸附装置对其进行真空烘烤清除污染物，可重复利用。
尽管上文对本发明专利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，我们可以依据本发明专利的构想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仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明专利的保护范围之内。

Claims (7)

1.航天器在轨分子污染吸附装置，包括基底材料和设置在基底材料之上的吸附剂层，其中，基底材料为堇青石，沸石分子筛为吸附剂层，其中，沸石分子筛吸附剂层通过水热合成方法复合在堇青石基底上，所述装置用于设置在航天器的表面上并通过沸石分子筛吸附剂层对其表面上的有机分子污染物进行吸附。
2.如权利要求1所述的航天器在轨分子污染吸附装置，其中，所述装置通过固定装置固定在航天器表面上。
3.如权利要求1所述的航天器在轨分子污染吸附装置，其中，沸石分子筛的类型为13X分子筛。
4.如权利要求1所述的航天器在轨分子污染吸附装置，其中，沸石分子筛的孔径约为1nm。
5.如权利要求1所述的航天器在轨分子污染吸附装置，其中，沸石分子筛为13X，其硅铝比（Si/Al）为1-1.5。
6.航天器在轨分子污染吸附装置，包括基底材料和涂覆在基底材料之上的吸附剂膜，其中，基底材料为热控涂层，沸石分子筛为吸附剂层，其中，沸石分子筛吸附剂膜通过喷涂方式复合在基底材料上，所述装置用于设置在航天器的表面上并通过沸石分子筛吸附剂膜对其表面上的有机分子污染物进行吸附。
7.如权利要求6所述的航天器在轨分子污染吸附装置，其中，所述热控涂层为热控漆或OSR。
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