[發(fā)明專利]用于原子氧散射角分布及侵蝕率測量的試驗(yàn)系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210219864.3
• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN102706312A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜海富;劉向鵬;李濤;孫繼鵬;翟睿瓊
• 申請（專利權(quán)）人: 北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所
• 主分類號: G01B21/22
• 分類號: G01B21/22;G01N5/04
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空間環(huán)境及效應(yīng)探測領(lǐng)域，具體來說涉及一種能夠準(zhǔn)確測量空間原子氧散射角分布及侵蝕率的系統(tǒng)。

背景技術(shù)

原子氧環(huán)境是指低地球軌道(通常認(rèn)為200～700km高度)上以原子態(tài)氧存在的殘余氣體環(huán)境。空間飛行試驗(yàn)和地面模擬試驗(yàn)表明，原子氧對航天器熱控材料、結(jié)構(gòu)材料等均存在氧化剝蝕效應(yīng)，從而造成材料功能的下降，主要表現(xiàn)在材料質(zhì)量和厚度的損失、表面形貌的變化以及各種性能參數(shù)的衰退等。目前，數(shù)值仿真分析方法是對航天器材料空間原子氧環(huán)境效應(yīng)評價(jià)的一種重要手段。

國外航天發(fā)達(dá)國家經(jīng)過多年的技術(shù)積累，先后開發(fā)了FLUXAVG、SOLSHAD、ESABASE/Atomox等多個(gè)軟件系統(tǒng)，用于航天器外表面遭受原子氧通量的2D或3D分析及材料的損傷效應(yīng)分析，如：剝蝕形貌、材料反應(yīng)率的變化等。但由于航天器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，許多外表面均會(huì)不同程度的遭受散射原子氧的侵蝕，因此為保證軟件計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，提高軟件計(jì)算的可信度，需要有準(zhǔn)確的原子氧散射角分布及侵蝕率數(shù)據(jù)作為軟件參數(shù)的設(shè)定依據(jù)。目前，國外通過飛行試驗(yàn)手段建立了航天器材料空間環(huán)境效應(yīng)數(shù)據(jù)庫，積累了大量的材料在軌數(shù)據(jù)，能夠滿足軟件計(jì)算的要求，但出于保密的原因，國內(nèi)至今無法獲得該方面的技術(shù)資料。因此，為滿足空間環(huán)境效應(yīng)分析的要求，提供一種原子氧散射角分布及侵蝕率的測定系統(tǒng)及測定方法非常必要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種原子氧散射角分布及侵蝕率的測定系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、高效地測量空間原子氧的散射角分布及侵蝕率，從而提高了原子氧環(huán)境效應(yīng)仿真分析的準(zhǔn)確性，為航天器材料原子氧環(huán)境適應(yīng)性評價(jià)工作奠定了基礎(chǔ)，保證了我國航天器在軌的可靠運(yùn)行。

同時(shí)，也提供了一種利用上述系統(tǒng)測定原子氧散射角分布及侵蝕率的方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

一種用于原子氧散射角分布及侵蝕率測量的試驗(yàn)系統(tǒng)，包括靶臺機(jī)構(gòu)、鋁散射板、兩端開口的散射腔體、Kapton薄膜、SiO₂/Kapton薄膜以及原子氧發(fā)生系統(tǒng)，散射腔體的下端開口設(shè)置在疊置于靶臺機(jī)構(gòu)上的鋁散射板上，Kapton薄膜設(shè)置在散射腔體內(nèi)部，中心設(shè)置有圓孔的SiO₂/Kapton薄膜機(jī)械固定在散射腔體的上端開口，設(shè)置在散射腔體上方的原子氧發(fā)生系統(tǒng)通過上述圓孔向散射腔體內(nèi)產(chǎn)生原子氧，散射腔體內(nèi)的SiO₂/Kapton薄膜表面以及Kapton薄膜表面上分別散落設(shè)置有不與原子氧反應(yīng)起保護(hù)作用的NaCl顆粒，散射腔體底部的鋁散射板對入射原子氧進(jìn)行不同角度的散射。

其中，NaCl顆粒通過物理方法(例如：NaCl飽和水溶液噴灑、涂覆等)不會(huì)脫落地散落設(shè)置在SiO₂/Kapton薄膜以及Kapton薄膜上，且與其接觸的薄膜位置無壓痕損傷；

其中，靶臺結(jié)構(gòu)為能夠空間轉(zhuǎn)動(dòng)的靶臺結(jié)構(gòu)，以對不同入射角的原子氧束的散射角分布及侵蝕率進(jìn)行測定；

其中，鋁散射板表面有凹槽，與散射腔體的底部緊密配合。

進(jìn)一步地，原子氧發(fā)生系統(tǒng)為束流式原子氧發(fā)生系統(tǒng)，能夠產(chǎn)生束流密度為10¹⁴-10¹⁶atoms/cm²·s的中性原子氧。

進(jìn)一步地，SiO₂/Kapton薄膜的SiO₂面能夠抵制原子氧的侵蝕，而Kapton面用于與散射原子氧反應(yīng)。

進(jìn)一步地，機(jī)械固定是通過用固定螺栓連接散射腔體、SiO₂/Kapton薄膜及靶臺機(jī)構(gòu)來固定的。

本發(fā)明用于原子氧散射角分布及侵蝕率測量的試驗(yàn)系統(tǒng)能夠?yàn)楹教炱魍饴恫牧显友醐h(huán)境效應(yīng)仿真分析模型及軟件參數(shù)的設(shè)定提供依據(jù)，通過該試驗(yàn)系統(tǒng)得到的原子氧侵蝕率測量結(jié)果為航天器非暴露表面材料的設(shè)計(jì)及選擇奠定了基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的用于原子氧散射角分布及侵蝕率測量的試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1為原子氧發(fā)生系統(tǒng)；2為SiO₂/Kapton薄膜(表面鍍制有SiO₂防護(hù)層的Kapton薄膜)；3為Kapton薄膜；4為NaCl顆粒；5為散射腔體；6為鋁散射板；7為靶臺機(jī)構(gòu)；8為固定螺栓。

具體實(shí)施方式