[發明專利]一種空間材料實驗樣品模塊化試驗箱

有效

• 申請號: 201911422180.1
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111001447B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 張偉貴;張聚樂;王樂天;王珂;喬志宏;楊鵬;鄧明哲
• 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: B01L1/00
• 分類號: B01L1/00
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 吳佳

本發明涉及一種空間材料實驗樣品模塊化試驗箱，包括箱體、箱蓋、安裝托盤和若干樣品模塊，箱蓋鉸接在箱體上，箱體和箱蓋的內側分別安裝有樣品托盤；樣品模塊包括安裝支撐結構以及樣品材料，安裝支撐結構可拆卸連接在安裝托盤上，樣品材料被限位支撐在安裝支撐結構上，且其暴露面朝向背離安裝托盤的一側布置。本發明的試驗箱，能夠實現材料在空間原子氧剝蝕、空間高低溫交變、空間高能粒子輻射、微重力、超高真空、空間碎片/微流星體撞擊等極端苛刻環境下進行在軌實驗測試。同時，利于地面實驗室安裝及除水、除氣、除塵處理、在軌拆卸更換以及返回地面后拆卸操作；滿足結構緊湊、尺寸小、重量低、火箭發射上行階段力學性能可靠的航天特色要求。

技術領域

本發明涉及航天材料暴露實驗相關技術領域，具體為空間材料科學以及 空間物理科學交叉學科研究領域，具體涉及一種空間材料實驗樣品模塊化試 驗箱。

背景技術

經過調研發現，國外如美國航空航天局(NASA)、俄航局(RSA)、歐 空局(ESA)、日本航空航天局(JAXA)等著名航天機構，基于國際空間站 (ISS)開展材料暴露測試以及樣品實驗模塊的研制，根據不同的試驗目的 和需求，針對金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料以及復合材料等材料 體系，設計了多種類的材料在軌試驗裝置。國內對于空間材料在軌暴露實驗 裝置開發尚未檢索到相關工作。尤其是對于不同的材料體系、不同的材料實 驗類型(主動/被動)，沒有相關的實驗裝置設計，不能滿足我國空間站的在 軌運行后，開展相關的材料暴露測試工作。

而且，應用于空間環境的機構，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