空间带电粒子辐照对分子污染效应影响的试验方法

空间带电粒子辐照对分子污染效应影响的试验方法
【专利摘要】本发明提供了一种空间带电粒子辐照对分子污染效应影响的试验方法，该方法包括：空间粒子辐照试验方法、空间分子污染效应试验方法、空间粒子辐照效应计算方法、空间分子污染效应评价方法。空间带电粒子辐照对空间分子污染效应影响的试验方法涉及的材料包括：卫星用环氧粘结剂、卫星用白色热控涂层、J-1透明玻璃片。本发明的空间带电粒子辐照对空间分子污染效应影响的试验方法，辐照粒子只沉积在污染膜层内部，对承载污染膜的基底材料无影响，可以准确判断空间带电粒子辐照对污染膜层所致的空间分污染效应的影响。
【专利说明】空间带电粒子辐照对分子污染效应影响的试验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及空间环境模拟【技术领域】，具体地，涉及一种空间带电粒子辐照对分子污染效应影响的试验方法。
【背景技术】
[0002]按照国际标准化组织IS015388《Space-contamination and cleanliness》中的定义，分子物质沉积在航天器的敏感表面造成的效应称为污染。污染效应发生在光学、热控和太阳能电池帆板表面，可使航天器的光学、热控和能源等分系统性能退化，严重时可导致失效，因此是一类重要的环境效应。航天器污染效应分为羽流污染和分子污染。羽流污染是航天器姿控发动机工作时的排放物对敏感表面造成的污染，它可以通过选择清洁的燃料及合理设计发动机与敏感表面的相对位置来加以控制。分子污染是由航天器所使用的聚合物材料、聚合物复合材料及其他有机材料挥发的分子物质在敏感表面沉积的结果，尽管航天器的选材非常严格，但由于聚合物类材料在航天器上的广泛应用，使得分子污染效应无法完全消除，成为长寿命航天器的重要环境效应之一。
[0003]分子污染效应是一个非常复杂的物理过程，它包括有机分子的挥发、传输和在敏感表面沉积三个基本的过程。分子污染效应不仅取决于航天器所使用聚合物材料的种类和数量，而且与航天器的尺寸及敏感表面的相对位置密切相关，同时受温度和辐照等环境的影响。到目前为止，还没有完善的试验手段来直接预测一个具体型号在轨所能达到的污染程度，该项工作主要通过计算机仿真来进行。分子污染效应的计算机仿真软件建立在一系列的物理模型基础上，这些模型包括材料的析气模型、分子传输模型和分子沉积模型等。现有的一些模型能够在一定精度上对污染效应进行预测，但仍有不完善的地方，比如对辐照环境的影响基本没有考虑，这就导致了与在轨实际情况的差异。本发明则主要针对空间辐照环境对分子污染效应影响，给出了具体的试验方法。另外，仿真软件的计算在一定程度上依赖于试验数据，输入的数据越准确，得到的结果也越真实。因此，研究复杂空间带电粒子辐射环境下聚合物材料的析气特性及其在敏感表面的沉积效应对建立更加精确的分子污染模型具有重要意义。

【发明内容】

[0004]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种空间带电粒子辐照对分子污染效应影响的试验方法。
[0005]根据本发明的一个方面，提供一种空间带电粒子辐照对分子污染效应影响的试验方法，包括以下步骤:
[0006]第一步:利用空间污染效应试验方法，在J-1透明玻璃片表面沉积分子污染物，完成分子污染效应试验；
[0007]第二步:利用空间粒子辐照效应计算方法，计算空间不同能量质子和电子在污染物膜层内的射程，并选定试验粒子能量和数量；[0008]第三步:利用空间粒子辐照试验方法，以第三步的计算结果为输入条件，对表面沉积分子污染物的J-1透明玻璃片进行空间粒子辐照试验；
[0009]第四步:利用空间分子污染效应评价方法，分析评价空间粒子辐照对分子污染效应的影响。
[0010]优选地，空间污染效应试验方法采用物理和化学方法测试分子污染物的成分和密度。
[0011]优选地，空间粒子辐射效应计算方法根据污染膜厚度成分，利用软件计算空间质子和电子在膜层中的射程，进而确定射程小于污染膜厚度的粒子能量。
[0012]优选地，空间粒子辐照试验方法以空间质子和电子辐照源为试验设备，以的射程小于污染膜厚度的粒子能量为输入条件，进行空间粒子辐照试验。
[0013]优选地，空间分子污染效应评价方法，是利用分光光度计评价J-1玻璃在污染物沉积前后、污染物辐照前后的透过率，以评价空间粒子辐照对空间分子污染效应的影响。
[0014]优选地，分子污染物由卫星用环氧粘结剂样品挥发得到。
[0015]优选地，分子污染物由卫星用白色热控涂层样品挥发得到。
[0016]本发明的空间带电粒子辐照对分子污染效应影响的试验方法，包括空间粒子辐照试验方法、空间分子污染效应试验方法、空间粒子辐照效应计算方法、空间分子污染效应评价方法。空间带电粒子辐照对空间分子污染效应影响的试验方法涉及的材料包括:卫星用环氧粘结剂、卫星用白色热控涂层、J-1透明玻璃片。本发明的空间带电粒子辐照对空间分子污染效应影响的试验方法，辐照粒子只沉积在污染膜层内部，对承载污染膜的基底材料无影响，可以准确判断空间带电粒子辐照对污染膜层所致的空间分污染效应的影响。
[0017]本发明的空间带电粒子辐照对空间分子污染效应影响的试验方法，将空间粒子辐射效应与空间分析污染效应有机的结合，用于考察空间带电粒子辐射对空间分子污染效应的影响；通过物理和化学方法分析污染物膜层的成分和密度，用于考察不同污染物状态的分子污染效应。通过空间粒子辐射效应计算方法，计算空间质子和电子在污染物膜层中的射程，用于确定空间带电粒子辐照试验的粒子能量等参数。辐照粒子只沉积在污染膜层内部，对承载污染膜的基底材料无影响，可以准确判断空间带电粒子辐照对污染膜层所致的空间分污染效应的影响。另外，空间污染效应试验方法以J-1玻璃片代替金属接收板，以分子污染前后J-1玻璃片的光学性能变化来考核分析污染效应。因此，与现有技术相比，本发明具有操作简单、不影响基底材料、试验精度高的有益效果。
【具体实施方式】
[0018]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0019]一种空间带电粒子辐照对分子污染效应影响的试验方法，包括以下步骤:
[0020]第一步:利用空间污染效应试验方法，在J-1透明玻璃片表面沉积分子污染物，完成分子污染效应试验。
[0021]第二步:利用空间粒子辐照效应计算方法，计算空间不同能量质子和电子在污染物膜层内的射程，并选定试验粒子能量和数量。
[0022]第三步:利用空间粒子辐照试验方法，以第三步的计算结果为输入条件，对表面沉积分子污染物的J-1透明玻璃片进行空间粒子辐照试验。
[0023]第四步:利用空间分子污染效应评价方法，分析评价空间粒子辐照对分子污染效应的影响。
[0024]进一步地，该空间污染效应试验方法采用物理和化学方法测试分子污染物的成分和密度。
[0025]进一步地，该空间粒子辐射效应计算方法根据污染膜厚度成分，利用软件计算空间质子和电子在膜层中的射程，进而确定射程小于污染膜厚度的粒子能量。
[0026]进一步地，该空间粒子辐照试验方法以空间质子和电子辐照源为试验设备，以所述的射程小于污染膜厚度的粒子能量为输入条件，进行空间粒子辐照试验。
[0027]进一步地，该空间分子污染效应评价方法，是利用分光光度计评价J-1玻璃在污染物沉积前后、污染物辐照前后的透过率，以评价空间粒子辐照对空间分子污染效应的影响。
[0028]更为具体地，分子污染物由卫星用环氧粘结剂样品挥发得到或由卫星用白色热控涂层样品挥发得到。
[0029]以下列举具体实施例对本发明的空间带电粒子辐照对分子污染效应影响的试验方法进行详细说明:
[0030]实施例一
[0031]一种空间带电粒子辐照对分子污染效应影响的试验方法，包括以下步骤:
[0032]第一步:空间污染效应试验
[0033]在密闭真空容器内，真空度维持在lX10_4Pa ;将卫星环氧树脂粘结剂样品放置在加热单元内，加热温度125°C，加热时间24h ;将J-1玻璃片压紧放置于冷却单元表面，冷却温度25°C，冷却时间24h ;试验结束后，卫星环氧树脂粘结剂样品挥发的小分子物质沉积在J-1玻璃片表面，形成污染物膜层。
[0034]采用物理或化学的方法，分析污染物膜层的化学成分和污染物膜层厚度。
[0035]第二步:空间粒子辐照效应计算
[0036]利用空间粒子(质子和电子)辐射效应计算软件，计算空间不同能量质子和电子在已知成分和密度的污染物膜层内的射程。选定试验粒子能量，保证辐照粒子能量只沉积在污染物膜层内，不会对作为接收污染物基底的J-1玻璃片造成损伤影响。
[0037]第三步:空间粒子辐照试验方法
[0038]以第三步的计算结果为输入条件，进行空间粒子辐照试验。试验时，依据卫星面临的轨道环境确定辐照粒子的数量和束流密度。辐照时，粒子运动方向与J-1带污染物膜层面保持垂直。
[0039]第四步:空间分子污染效应评价
[0040]利用光光度计测试J-1玻璃片的透过率光谱，测试样品包括:原始的J-1玻璃片、沉积污染膜层的J-1玻璃片、污染膜经空间粒子辐照后的J-1玻璃片。通过比较J-1玻璃片透过率的变化，分析评价空间粒子辐照对分子污染效应的影响。
[0041]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
【权利要求】
1.一种空间带电粒子辐照对分子污染效应影响的试验方法，其特征在于，包括以下步骤: 第一步:利用空间污染效应试验方法，在J-1透明玻璃片表面沉积分子污染物，完成分子污染效应试验； 第二步:利用空间粒子辐照效应计算方法，计算空间不同能量质子和电子在污染物膜层内的射程，并选定试验粒子能量和数量； 第三步:利用空间粒子辐照试验方法，以第三步的计算结果为输入条件，对表面沉积分子污染物的J-1透明玻璃片进行空间粒子辐照试验； 第四步:利用空间分子污染效应评价方法，分析评价空间粒子辐照对分子污染效应的影响。
2.根据权利要求1所述的空间带电粒子辐照对分子污染效应影响的试验方法，其特征在于，所述空间污染效应试验方法采用物理和化学方法测试分子污染物的成分和密度。
3.根据权利要求1所述的空间带电粒子辐照对分子污染效应影响的试验方法，其特征在于，所述空间粒子辐射效应计算方法根据污染膜厚度成分，利用软件计算空间质子和电子在膜层中的射程，进而确定射程小于污染膜厚度的粒子能量。
4.根据权利要求3所述的空间带电粒子辐照对分子污染效应影响的试验方法，其特征在于，所述空间粒子辐照试验方法以空间质子和电子辐照源为试验设备，以所述的射程小于污染膜厚度的粒子能量为输入条件，进行空间粒子辐照试验。
5.根据权利要求1所述的一种空间带电粒子辐照对分子污染效应影响的试验方法，其特征在于，所述空间分子污染效应评价方法，是利用分光光度计评价J-1玻璃在污染物沉积前后、污染物辐照前后的透过率，以评价空间粒子辐照对空间分子污染效应的影响。
6.根据权利要求1所述的一种空间带电粒子辐照对分子污染效应影响的试验方法，其特征在于，所述分子污染物由卫星用环氧粘结剂样品挥发得到。
7.根据权利要求1所述的一种空间带电粒子辐照对分子污染效应影响的试验方法，其特征在于，所述分子污染物由卫星用白色热控涂层样品挥发得到。
【文档编号】G01N15/04GK103674792SQ201310643658
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月3日 优先权日:2013年12月3日
【发明者】刘刚, 杨碧琦, 周博, 王惠芬, 韩海波, 潘阳阳, 张丽新 申请人:上海卫星装备研究所