[發明專利]一種材料艙外暴露裝置

有效

• 申請號: 201911417857.2
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111071499B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 張偉貴;張聚樂;王樂天;王珂;楊鵬;鄧明哲;郭志奇
• 申請（專利權）人: 中國科學院空間應用工程與技術中心
• 主分類號: B64G4/00
• 分類號: B64G4/00;B64G1/66
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 吳佳

本發明涉及一種材料艙外暴露裝置，包括：底座；試驗箱，可拆卸安裝在鎖緊支撐機構上；旋轉升降裝置，安裝在所述底座的中部且與所述鎖緊支撐機構連接，驅動所述鎖緊支撐機構旋轉以及升降；定位裝置，被所述旋轉升降裝置驅動旋轉升降并能夠彈性支撐在所述底座上，用于檢測旋轉升降裝置旋轉升降過程的位置狀態；巡檢機構，安裝在所述底座上，并能沿底座周向在預定范圍內移動。本發明的暴露裝置能夠為金屬材料、非金屬材料、復合材料等材料提供艙外暴露資源，實現材料暴露樣品裝置的在軌快速更換，而且為暴露材料提供密閉防護，還能夠根據材料暴露需求或地面指令，實時監測暴露材料表面形貌，可實現材料暴露實驗的數據采集、傳輸以及在軌信息管理等。

技術領域

本發明涉及航天材料暴露相關領域，具體涉及一種材料艙外暴露裝置。

背景技術

在航天研究中，空間技術與空間科學的發展，離不開各種材料，特別是新材料的使用。材料空間使役行為研究是針對一切在空間環境下服役的材料及由其制成的零件、器件、部件、構件和裝備，開展的空間環境暴露實驗，目的在于研究材料在空間特殊環境效應作用下的使役行為。為確保材料及其制品在空間服役過程中的穩定性、可靠性和耐久性，必須對材料空間環境下的使役行為進行深入的研究。其中，材料艙外暴露裝置是空間應用系統中一個重要的公共支持系統，其作用在于為需要艙外暴露的材料統一提供暴露資源，以支持材料艙外暴露實驗的進行。目前，材料空間環境暴露實驗一般采用直接利用材料盒進行暴露，并無任何其他支撐操作裝置，無法實現材料箱的充分暴露、防護以及暴露材料表面狀態的監測等。

而且，應用于空間環境的運動機構，相對于地面上工作的機構來說，空間機構的工作差異主要由于空間環境引起，空間動力學環境與地面環境有所不同。空間環境對運動機構的影響主要體現在如下方面：

(1)微重力影響

由于目前航天器通常是在地面上進行裝調，也就是在重力作用下進行的裝調，而當航天器進入太空中，其所處環境為微重力環境，裝調過程中的重力會進行釋放，發生變形。零件間的摩擦力變小，系統處于自由狀態，來自外界的干擾會顯得更加的突出。微重力對一般的機構影響較小，但對于某些釋放機構的影響較大，如太陽電池陣中的壓緊機構。

(2)壓力差影響

壓力差的影響通常在1×10^-2Pa～1×10^-5Pa的真空范圍內發生，當航天器中存在密封結構時，此密封結構的內外太差會加大，導致結構變形或損壞。

(3)真空出氣影響

材料表面存在吸附或吸收的氣體并溶解于材料內部，這些氣體在高于1×10^-2Pa的真空度下進行釋放，也即為真空出氣。釋放出的氣體會重新凝聚在低溫部件上，從而污染光學鏡片、傳感器以及具有光學選擇特性的熱控涂層，導致光學性能下降、太陽吸收率增加、溫度升高。

(4)輻射傳熱影響

在真空環境中，輻射傳熱是航天器與外界的主要傳熱形式。因此，表面材料的輻射特性對熱控功能的具有重要影響。當航天器各系統和機構未能工作在合理溫度范圍內時，結構件會由于所處環境溫度變化而產生應力、變形甚至破裂，從而對航天器機構造成損壞。

(5)粘著與冷焊的影響

粘著與冷焊通常發生在壓力為1×10^-7Pa以上的超高真空環境中。在地面上，固體表面總是吸附有機膜及其它膜，稱它們為邊界潤滑的潤滑劑，起減少摩擦系數的作用。在空間真空環境中，固體表面膜，當被部分或全部清除時，相接觸的零件間會形成清潔的材料表面，進而出現不同程度的粘合現象，稱為粘著。如果除去氧化膜，使表面達到原子清潔度，在一定的壓力與溫度的作用下，可進一步整體粘著，也就是形成冷焊。

防止冷焊的主要方法有選用不易發生冷焊的配偶材料，采用固體潤滑、脂潤滑或液體潤滑劑，涂覆不易發生冷焊的材料膜層等。

(6)微流星與空間碎片