空間環(huán)境模擬技術改

空間環(huán)境模擬技術改版演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有97頁\編輯于星期日（優(yōu)選）空間環(huán)境模擬技術改版現(xiàn)在是2頁\一共有97頁\編輯于星期日（一）加熱效應運動零件的卡死或松動；焊縫和粘接件的強度降低；強度和彈性發(fā)生變化；連接裝置準確度降低或失靈；密封完整性降低；電氣或電子零部件性能發(fā)生變化；電觸點過早動作；合成橡膠和聚合物的性能發(fā)生變化；涂層和其它保護層起泡和剝落?，F(xiàn)在是3頁\一共有97頁\編輯于星期日（二）光化學作用涂層龜裂和褪色；光電池光電轉換能力降低；熱控涂層熱控性能下降；天然和合成橡膠及聚合物，在較短波長的射線照射下產(chǎn)生的光化學反應引起破壞?，F(xiàn)在是4頁\一共有97頁\編輯于星期日2.1太陽模擬器太陽模擬器的典型光學系統(tǒng)如圖所示。它由聚光鏡、氙燈、光學均勻器（亦稱光學積分器）、光譜濾光器和準直系統(tǒng)5部分組成。現(xiàn)在是5頁\一共有97頁\編輯于星期日典型離軸準直系統(tǒng)太陽模擬器1.—氙燈；2.—聚光鏡；3.—球面鏡；4.—光譜濾光片；5.—反射鏡；6.—光學積分器；7.—準直鏡現(xiàn)在是6頁\一共有97頁\編輯于星期日1.光學系統(tǒng)太陽模擬器選用不同功率的氙燈作為光源。氙燈由鎢材料陽極、鈰鎢或釷鎢材料陰極和石英泡殼組成。陽極和陰極分別密封于石英殼的兩端，泡殼內(nèi)抽真空后充入0.3Mpa壓力的純氙氣。當氙燈陽極、陰極之間加上直流電壓后，陰極發(fā)射電子，電子被電場加速后撞擊氙原子，使其激發(fā)電離，產(chǎn)生了強烈的弧光放電?，F(xiàn)在是7頁\一共有97頁\編輯于星期日25kw氙燈結構現(xiàn)在是8頁\一共有97頁\編輯于星期日氙燈作為太陽模擬器光源，盡管光譜分布接近于太陽光譜分布但在0.8－1.1um譜域內(nèi)存在較明顯的差異。因此太陽模擬器選用Ｄ250濾光片進行修正，使在0.8－1.1um范圍內(nèi)的光譜透過率降低，而在其它譜域內(nèi)的光譜透過率接近1，經(jīng)濾光片濾光后使太陽模擬器的光譜分布與外層空間太陽光譜分布比較接近?，F(xiàn)在是9頁\一共有97頁\編輯于星期日2.太陽模擬器的技術指標①太陽輻照度1.3S。距太陽1.5×108km處的太陽輻射流密度是1353±21w/m2，并定義為一個太陽常數(shù)用S0表示。這個值隨太陽活動的強弱有±2%的變化；隨四季有±3.5%的變化。②輻照照度不穩(wěn)定度不大于±2%。實際的太陽輻射在數(shù)日內(nèi)是穩(wěn)定的，年變化也僅為±3.5%，太陽模擬器在工作期間內(nèi)的穩(wěn)定性要優(yōu)于±2%。③光譜波長在0.3－3.0um。④輻照照度不均勻度不大于±5%。⑤準直角不大于±2度。太陽光準直角為±16′，要求在達到一個太陽常數(shù)的輻照度時，所模擬的準直光線的準直角不大于±20。現(xiàn)在是10頁\一共有97頁\編輯于星期日3紫外輻照模擬設備太陽紫外線的波長從0.004－0.4um，分三個區(qū)域：近紫外（0.4－0.3um）、中紫外（0.31－0.17um）和遠紫外（0.17um以下）。它的輻射只占太陽總輻射能量的8.73%，而短于0.24m的紫外輻射只占0.14%。雖然能量占的比例不大，但它可以明顯的改變衛(wèi)星蒙皮材料和裸露器件的性能?，F(xiàn)在是11頁\一共有97頁\編輯于星期日根據(jù)紫外線對材料和元件作用的不同機理，可分為兩種效應：其一是光化學作用，效應的大小取決于紫外線的能量，與波長關系不大，在近紫外譜域，許多有機材料的衰變試驗證明了這一效應的規(guī)律，紫外的光化學作用，取決于照射劑量，它等于紫外線輻照度與輻照時間的乘積。其二是光量子作用，金屬材料、合金和半導體材料受紫外輻射后引起的性能改變與所照射的紫外線波長有關，在遠紫外和極端紫外譜域，光量子作用十分明顯?，F(xiàn)在是12頁\一共有97頁\編輯于星期日(1)紫外光源用于紫外輻照模擬設備的紫外光源有高壓汞燈、氫燈和高壓汞氙燈等。通常按紫外能量進行材料試驗所使用的光源是高壓汞燈，因為它在近紫外區(qū)有較高的發(fā)光強度和豐富的紫外譜線，紫外太陽常數(shù)等于11.8054mw/cm2。按照光量子作用原理進行材料試驗所使用的光源是氫燈，氫燈能產(chǎn)生0.165um開始的紫外連續(xù)譜和從0.1650－0.090um的線譜，氫燈光譜能較好的匹配太陽光譜中的紫外光譜?，F(xiàn)在是13頁\一共有97頁\編輯于星期日(2)光學系統(tǒng)通常紫外輻照模擬器使用三種光學系統(tǒng)。第一種如圖21所示。它可以產(chǎn)生準直光，是最為理想的光路；第二種如圖22所示，它為發(fā)散型系統(tǒng)，它不能真實的模擬準直光，但面均勻性好。第三種是會聚系統(tǒng)、如圖23，這種形式的光路可使試驗面得到很高的輻照度，適合做材料加速老化實驗?，F(xiàn)在是14頁\一共有97頁\編輯于星期日圖21準直型紫外輻照模擬器1.—橢球聚光鏡；2.—光源；3.—濾光片；4.—離軸準直鏡；5.—平面鏡現(xiàn)在是15頁\一共有97頁\編輯于星期日圖22發(fā)散型紫外輻照模擬器1.—光源；2.—橢球聚光鏡；3.—光學積分器；4.—濾光片現(xiàn)在是16頁\一共有97頁\編輯于星期日圖23聚光型紫外輻照模擬器1.—光源；2.—橢球聚光鏡；3.—試驗平面現(xiàn)在是17頁\一共有97頁\編輯于星期日三、低溫系統(tǒng)模擬技術在太空，衛(wèi)星體的熱輻射全部被太空所吸收，沒有二次反射，這一環(huán)境稱為冷黑環(huán)境，又稱熱沉。衛(wèi)星上可伸縮的活動機構，如太陽帆板，天線等，由于冷黑環(huán)境效應，會使展開機構卡死，影響其伸展性能。我國“風云一號”氣象衛(wèi)星的太陽帆板，在真空環(huán)境下，由于低溫環(huán)境效應，未能伸展到位。衛(wèi)星上某些有機材料在冷黑環(huán)境下會產(chǎn)生老化和變脆，影響材料的性能?，F(xiàn)在是18頁\一共有97頁\編輯于星期日3.1液氮系統(tǒng)液氮系統(tǒng)的作用是以液氮作為制冷劑去冷卻真空容器內(nèi)的熱沉，使其溫度達到80~100K，以模擬太空的低溫環(huán)境。選用液氮作為制冷劑是因為：它的沸點為77K可保證模擬的溫度誤差在允許的范圍內(nèi)；其化學性質不活潑，即不會爆炸也無毒性。液氮系統(tǒng)的主要設備包括：液氮泵、過冷器（熱交換器）、液氮儲槽、文丘利管（或帶壓杜瓦）、閥門、熱沉和控制系統(tǒng)等。液氮系統(tǒng)可分為開式沸騰系統(tǒng)、帶壓節(jié)流系統(tǒng)和單相密閉循環(huán)系統(tǒng)三種類型?，F(xiàn)在是19頁\一共有97頁\編輯于星期日a.開式沸騰系統(tǒng)儲槽中的液氮依靠重力或用加壓方式壓入管路，再進入熱沉，流動的液氮與熱沉管壁進行熱交換，使液氮吸熱自然沸騰，沸騰蒸氣直接放空，如圖24所示?，F(xiàn)在是20頁\一共有97頁\編輯于星期日圖24開式沸騰系統(tǒng)1.—液氮儲槽；2.—熱沉；3.—調節(jié)閥門；4.—管路現(xiàn)在是21頁\一共有97頁\編輯于星期日b.帶壓節(jié)流系統(tǒng)帶壓節(jié)流系統(tǒng)如圖25所示。液氮儲槽供給的液氮，經(jīng)液氮泵加壓后送入熱沉中，吸收熱沉及管路中的熱量后，通過節(jié)流閥控制流量后返回液氮儲槽。這種系統(tǒng)結構比較簡單，熱沉的結構設計可不受重力、位置的限制。其缺點是熱沉溫度不太均勻，會形成一定的氣液兩相流。帶壓節(jié)流系統(tǒng)適用于中、小型環(huán)模裝置?，F(xiàn)在是22頁\一共有97頁\編輯于星期日圖25帶壓節(jié)流系統(tǒng)1.—液氮儲槽；2.—節(jié)流閥；3.—熱沉；4.—調節(jié)閥；5.—液氮泵；6.—管路現(xiàn)在是23頁\一共有97頁\編輯于星期日Ｃ.單相密閉循環(huán)系統(tǒng)如圖26所示。經(jīng)液氮泵流出的液氮，經(jīng)過冷器冷卻后，溫度降低，然后送入熱沉管道，與熱沉進行熱交換，然后通過控制閥門返回到液氮儲槽。這種系統(tǒng)的優(yōu)點是：可根據(jù)熱沉負載的大小進行流量調節(jié)，熱沉的壁溫較低且溫度比較均勻。缺點是所需設備多、投資大。單相密閉循環(huán)系統(tǒng)適用于大型環(huán)模裝置。現(xiàn)在是24頁\一共有97頁\編輯于星期日圖26單相密閉循環(huán)系統(tǒng)1.—帶壓液氮儲槽；2.—控制閥門；3.—熱沉；4.—過冷器；5.—液氮泵；6.—閥門現(xiàn)在是25頁\一共有97頁\編輯于星期日3.2低溫參數(shù)的測量低溫下溫度、流量、液面、密度等各種參數(shù)的測量是空間低溫技術的重要內(nèi)容。也是運載火箭和航天器研制開發(fā)、運行監(jiān)控必不可少的重要手段。另外，空間模擬設備為了達到預定的冷背景溫度，也必須對溫度、低溫度介質流量等參數(shù)進行檢測和控制。以保試驗的真實性?，F(xiàn)在是26頁\一共有97頁\編輯于星期日3.2.1低溫電阻溫度計電阻溫度計是利用物質的電阻隨溫度而變化的現(xiàn)象制成的溫度計。一般純金屬和合金的電阻溫度系數(shù)是正的，其電阻隨溫度下降而減小，但隨著溫度降低，當接近0℃時，其電阻溫度系數(shù)逐漸趨近零，材料的電阻不隨溫度的變化而變化。在空間低溫環(huán)境，選用的低溫電阻溫度計應具有負的電阻溫度系數(shù)，即隨著溫度的降低其電阻值增大，并在低溫下有很高的靈敏度?？臻g低溫環(huán)境常見的低溫電阻溫度計包括：現(xiàn)在是27頁\一共有97頁\編輯于星期日(1)低溫鉑電阻溫度計技術指標：測量范圍：13.8033－273.16K準確度：10-2－10-4K響應時間：0.1－10S(2)熱敏電阻溫度計技術指標：測量范圍：4－300K準確度：10-1K響應時間：0.1－10S現(xiàn)在是28頁\一共有97頁\編輯于星期日(3)碳電阻溫度計技術指標：測量范圍：0.015－100K準確度：10-2－10-3K響應時間：0.1－10S(4)滲碳玻璃溫度計技術指標：測量范圍：1－300K準確度：10-2－10-3K響應時間：0.1－10S現(xiàn)在是29頁\一共有97頁\編輯于星期日3.2.2低溫熱電偶在空間領域，當環(huán)境溫度最低在0.1~1.5K范圍內(nèi)時，大多采用熱電偶而不用低溫電阻溫度計。這是因為熱電偶能很快反映溫度的變化，即動態(tài)特性好，滿足動態(tài)測量要求。同時熱電偶具有很強的抗沖擊振動能力。由于測溫端很小，它可以做到一般溫度計難以達到的定點測量，另外，熱電偶輸出的是電勢信號，較容易實現(xiàn)信號放大后與計算機配合以實現(xiàn)遙測、遙控?，F(xiàn)在是30頁\一共有97頁\編輯于星期日常用的低溫熱電偶：(1)銅——康銅熱電偶這兩種材料性質較均勻、穩(wěn)定。因此，制成的熱電偶也具有較好的穩(wěn)定性。銅——康銅熱電偶主要應用在0~-200℃范圍內(nèi)，對于低于液氮的溫度范圍，缺點是靈敏度變差。(2)鎳鉻——康銅熱電偶這種熱電偶在40K以上是目前所有低溫熱電偶中靈敏度最高的一種。在液氮以下的溫度，其靈敏度比銅——康銅熱電偶高將近一倍。我國航天部門在研制輻射制冷器，固體制冷器等星載制冷器時，都是采用鎳鉻——康銅熱電偶來測溫的?，F(xiàn)在是31頁\一共有97頁\編輯于星期日(3)鎳鉻——金鐵熱電偶這種熱電偶在1~300K溫區(qū)內(nèi)可保持10v/k以上的靈敏度。在4.2K，其靈敏度可保持在12v/k，在10K以上，靈敏度超過16v/k，而且均勻性和穩(wěn)定性都好，是一種優(yōu)越的，可以從液氦一直到室溫連續(xù)測溫的低溫熱電偶。(4)鎳鉻——銅鐵熱電偶這是70年代以后研制出的一種新型低溫熱電偶，工作溫度范圍為1~300Ｋ，在20K以下它的靈敏度與鎳鉻——金鐵熱電偶接近，在20K以上其靈敏度比鎳鉻——金鐵熱電偶高，并且熱電偶絲機械強度比金鐵高，與金鐵熱電偶一樣在空間低溫技術中得到廣泛應用?，F(xiàn)在是32頁\一共有97頁\編輯于星期日3.2.3低溫介質的流量測量(1)渦輪流量計主要特點是：精度高、量程范圍大、重復性好、響應時間常數(shù)一般只有幾毫秒到幾十毫秒。輸出信號為與流量成正比的脈沖信號，便于遠距離監(jiān)測和自控，所以它是實驗室和發(fā)射基地皆宜的低溫流量計。渦輪流量計是以渦輪旋轉的角速度求得流體的流量。它由渦輪、導流架、殼體和感應轉換器等組成?，F(xiàn)在是33頁\一共有97頁\編輯于星期日(2)渦街流量計渦街流量計屬于流體振動流量計，也是一種速度式流量計。其輸出信號是僅僅與被測介質流速有關的脈沖頻率。幾乎不受流體的組成、密度、溫度、壓力等參數(shù)的影響。用于低溫介質流量測量時，具有以下特點：首先是壓力損失小，所以即使極低溫液體，蒸發(fā)量也可以做得很小，這有利于提高測量的精度，量程范圍也比較大；由于被測流體本身就是振動體，沒有機械運動部件，所以使用壽命長；由于是檢測流速，所以流量和輸出的關系為簡單的線性關系；又因為是脈沖輸出，所以容易實現(xiàn)遠距離檢測?，F(xiàn)在是34頁\一共有97頁\編輯于星期日3.2.4液面的測量低溫介質液面的測量，對試驗順利進行至關重要，而且也是評價火箭發(fā)動機性能所必須的基本參數(shù)。現(xiàn)在是35頁\一共有97頁\編輯于星期日(1)金屬熱線液面計工作原理是在一根金屬線上通一適當電流，產(chǎn)生的焦耳熱使金屬線溫度升高（熱線即因此得名），在相同的加熱條件下，處于液體中的熱線溫度要比在蒸氣中熱線溫度低，且熱線電阻的阻值有很大差別。因此，根據(jù)熱絲電阻值的大小就可以判斷熱線是否處在液體中或判斷浸沒在液體中的長度是多少，據(jù)此可以判斷液面的高度?，F(xiàn)在是36頁\一共有97頁\編輯于星期日(2)超聲波液面計超聲波液面計是利用超聲波換能器發(fā)射和接收聲波，并根據(jù)聲波在介質中傳播的某些聲學特性（如聲速、聲阻抗）來測量液面的。現(xiàn)在是37頁\一共有97頁\編輯于星期日3.2.5密度的測量密度測量的準確與否直接影響低溫介質質量與質量流量的準確性。因此為了準確地測定質量和質量流，必須對低溫介質的靜態(tài)密度以及流動中的動態(tài)密度進行精確測量，在某些場合甚至需要測量液體內(nèi)的密度分布，如在大型容器內(nèi)，由于液體的溫度分層，存在著很大的密度梯度?，F(xiàn)在是38頁\一共有97頁\編輯于星期日(1)圓筒型電容密度計其結構是由兩同軸金屬圓筒所組成，每一圓筒各為一個電極。當電容傳感器浸入液體后，液體的密度發(fā)生變化時，使電容傳感器的電容發(fā)生變化，據(jù)電容的數(shù)值，便可計算出液體的密度，這種類型的密度計被廣泛的應用于液氫、液氧低溫液體的靜態(tài)和動態(tài)密度測量。由于工作可靠、測量準確，在空間低溫技術中被普遍采用，如美國“阿波羅”飛船上生保系統(tǒng)和“土星6號”推進系統(tǒng)都采用這類電容密度計?，F(xiàn)在是39頁\一共有97頁\編輯于星期日(2)振動式密度計當在振動管子中流過被測介質時，則此振動管的橫向自由振動頻率將隨著被測液體密度的變化而變化。液體密度增大時，振動頻率將減小。反之，液體密度減小時，振動頻率將增大。因此，利用測定振動管頻率的變化，就可以間接測定液體的密度?，F(xiàn)在是40頁\一共有97頁\編輯于星期日四、熱真空試驗模擬技術衛(wèi)星入軌后經(jīng)受的最主要的空間環(huán)境是：真空、低溫與太陽輻照。衛(wèi)星受太陽輻照時，溫度急劇上升，當處于地球陰影區(qū)時，溫度又降得很低，星上的外露組件，如拋物面天線、太陽電池帆板、各種探頭等，無法進行保溫，在日照區(qū)，組件很快升溫，而在陰影區(qū)，由于低溫環(huán)境的作用而很快降溫。其溫度變化范圍為-150~+180℃（隨衛(wèi)星軌道不同而變化），由于要求衛(wèi)星使用壽命越來越長，因而這種冷熱交變的次數(shù)也就越多。現(xiàn)在是41頁\一共有97頁\編輯于星期日長時間多次的冷熱交變與真空效應的共同作用，使衛(wèi)星組件產(chǎn)生一系列不利效應。例如用碳纖維、鋁蜂窩材料制成的衛(wèi)星拋物面天線，在冷熱交變作用下，粘結材料在真空中的蒸發(fā)、裂解，可導致天線變形，影響電磁波傳播質量；使太陽電池組件熱疲勞損壞，輸出功率降低等，因此，這些組件應在真空條件下進行冷熱交變試驗。現(xiàn)在是42頁\一共有97頁\編輯于星期日空間模擬器中幾種調溫系統(tǒng)：4.1簡單調溫系統(tǒng)4.2帶聯(lián)動蝶閥封閉的調溫系統(tǒng)4.3帶液氮儲槽式冷卻器的熱沉調溫系統(tǒng)4.4帶液氮換熱器的熱沉調溫系統(tǒng)4.5帶液氮噴射室的熱沉調溫系統(tǒng)4.6我國KFT空間環(huán)境設備的調溫系統(tǒng)現(xiàn)在是43頁\一共有97頁\編輯于星期日4.1簡單調溫系統(tǒng)簡單的氣氮調溫系統(tǒng)，可滿足90~423K溫度范圍的要求。該系統(tǒng)將液氮蒸發(fā)成氣氮，再把它加熱到要求的溫度。液氮加熱是用浸入式加熱器，在低速流情況下，單一加熱器可以很好的滿足溫度要求，但對高速流的氣體，會產(chǎn)生不穩(wěn)定的氣流和不穩(wěn)定溫度。因此這種系統(tǒng)采用兩個并列的加熱器。第一個加熱器用于蒸發(fā)液氮；第二個用于加熱氣氮，可使熱沉的溫度均勻性達2℃。現(xiàn)在是44頁\一共有97頁\編輯于星期日圖35簡單調溫系統(tǒng)示意圖現(xiàn)在是45頁\一共有97頁\編輯于星期日4.2帶聯(lián)動蝶閥封閉的調溫系統(tǒng)帶聯(lián)動蝶閥調節(jié)氣流的調溫系統(tǒng)，它可以保證有溫度穩(wěn)定的氣氮和液氮供應熱沉。該系統(tǒng)可達到的溫度范圍為-170~+150℃，熱沉最大溫差4℃。加熱氮氣時：聯(lián)動蝶閥使成比例的氣體通過液氮熱交換器，然后通過可控硅加熱器，使氣氮達到所需的溫度要求。冷卻氮氣時：關閉可控硅加熱器，氣氮經(jīng)過液氮的熱交換器進行冷卻，此時外熱交換器蒸發(fā)的冷氮氣也進入氣氮系統(tǒng)，這樣使循環(huán)氣流的溫度降低。壓力安全閥是為了避免超壓。這種超壓是在升溫的一瞬間，由沸騰的氣體造成的。調溫采用程序控制，用可控硅整流器控制電壓，以決定加熱器的加熱功率，蝶閥采用氣動控制，以確定氣體流量的大小，以保證溫度在可調范圍內(nèi)得到控制?，F(xiàn)在是46頁\一共有97頁\編輯于星期日圖36帶聯(lián)動蝶閥封閉的調溫系統(tǒng)現(xiàn)在是47頁\一共有97頁\編輯于星期日五、原子氧環(huán)境及模擬技術軌道中原子氧的溫度一般為1000~1500k，它與航天器的相對速度為8km/s，相當于原子氧以約5ev的能量與表面相撞。如此高溫的化學過程對航天器表面材料會產(chǎn)生很大的氧化作用。飛行實驗證明：原子氧對低地球軌道航天器表面材料的危害比其它因素，諸如熱真空、紫外輻照、微流星等要大的多?，F(xiàn)在是48頁\一共有97頁\編輯于星期日5.1直流?。娀〗鉄崾剑┰砣鐖D41所示?？偤墓β蕿?6kw的直流弧加熱氦氣形成高溫等離子體。在下游2cm處注入少量氧氣（總氣體流量為2%），在氦等離子體誘發(fā)下分解為原子氧，然后通過噴管膨脹加速后進入試驗區(qū)，達到所需的速度。該設備得到的原子氧通量為5×1015/cm2?s，速度為3.5km/s。改進冷卻系統(tǒng)，在提高直流弧的加熱功率后，原子氧通量和原子氧束的速度都能得到提高。現(xiàn)在是49頁\一共有97頁\編輯于星期日圖41直流弧加熱原子氧源現(xiàn)在是50頁\一共有97頁\編輯于星期日5.2微波放電原理如圖42所示。用一臺200w微波功率發(fā)生器（頻率2450MHz），使氦氣放電，產(chǎn)生氦等離子體，8%的氧氣被解離為原子氧、用于試驗。其通量與軌道上相似，約為1015原子/cm2?s量級，但能量只有0.14ev。該系統(tǒng)已用來對石墨、環(huán)氧和卡普冬材料進行了實驗，觀測了表面性能的變化和進行了質量損失的測量?，F(xiàn)在是51頁\一共有97頁\編輯于星期日1.—噴嘴；2.—排氣口；3.—微波功率源；4.—微波放電原子氧源；5.—流量控制閥；6.—O2+He氣體容器；7.—機械真空泵；8.—原子氧束；9.—靶現(xiàn)在是52頁\一共有97頁\編輯于星期日5.3激光光致放電CO2激光器產(chǎn)生的激光束會聚在超音速頸部連續(xù)光致放電，產(chǎn)生高溫等離子體誘發(fā)氧分子解離為原子氧。這是一種技術先進的方法，原子氧能量和束流密度均能達到低地球軌道上的真實情況?，F(xiàn)在是53頁\一共有97頁\編輯于星期日原理如圖43所示。原子氧源由CO2激光束（10.6m,300~500w）經(jīng)硒化鋅（ZnSe）透鏡在載氣氬中得到連續(xù)發(fā)射，使載氣電離，然后注入少量的氧氣，在噴管出口處就得到了所需能量與速度的原子氧束。該設備的原子氧能量為5ev，速度為4~5km/s。采取一些措施后（如載氣改為氦，激光功率大于1kw），可將速度提到8.3km/s。這臺設備即可研究原子氧在光學表面上引起的損傷，又可研究航天器表面材料特性變化規(guī)律。現(xiàn)在是54頁\一共有97頁\編輯于星期日圖43激光光致放電原子氧設備現(xiàn)在是55頁\一共有97頁\編輯于星期日6.4微波放電設備原理如圖44所示。氧氣注入微波諧振腔中的玻璃容器內(nèi)，微波放電使氧分子電離，氧分子電離后，氧離子束在柵極電壓下加速，最后氧離子束撞擊在試驗標本上。實驗用的水平真空容器半徑為1m。微波頻率為2450MHz，功率100w，微波腔偏壓+800V，加速柵極電壓-200V，典型的氧氣速率為4.2×10-7m3/s，得到的氧離子束直徑約5cm。流量可達1.3×1018離子/cm2?s由于設備沒有采取中性化與降壓措施，產(chǎn)生的氧離子束只能用來研究材料的質量損失與能量的相關性?，F(xiàn)在是56頁\一共有97頁\編輯于星期日圖44微波放電柵極加速原子氧設備現(xiàn)在是57頁\一共有97頁\編輯于星期日5.5潘寧放電式原理如圖45所示。在高壓電場的作用下，當系統(tǒng)壓力在1.3Pa以下時氧分子將產(chǎn)生輝光放電現(xiàn)象，高壓電場使氧氣電離產(chǎn)生氧離子束，然后通過柵極電壓加速，再利用電子槍噴射電子使氧離子中性化，產(chǎn)生中性原子氧。該設備產(chǎn)生的原子氧能量為5ev，相當于460km高度下的原子氧能量。利用這臺設備對炭膜、銀膜和卡普冬膜進行模擬試驗，與SRS-3,5,8飛行實測大致相符。現(xiàn)在是58頁\一共有97頁\編輯于星期日圖45潘寧放電式原子氧設備現(xiàn)在是59頁\一共有97頁\編輯于星期日6.6電子轟擊式設備原理如圖46所示。由電子槍發(fā)射的高速電子轟擊注入的氧分子使其電離，在電磁聚焦加速系統(tǒng)作用下形成高速氧離子束。通過氣體中和降能室使其降能（降至1~100ev范圍內(nèi)）和中性化，最后得到中性的原子氧。這種系統(tǒng)可得速度達8km/s的中性原子氧，但通量只有109個原子氧/cm2?s?，F(xiàn)在是60頁\一共有97頁\編輯于星期日1.—主質譜儀；2.—中和氣體；3.—單色儀探測器；4.—4極質譜儀；5.—靶標（石英晶體微量天秤）；6.—太陽輻射源；7.—離子中和室；8.—離子源與聚焦裝置現(xiàn)在是61頁\一共有97頁\編輯于星期日測試儀器功能：在原子氧模擬設備中需對光譜強度、速度、試件質量損失等參數(shù)進行測量。測量儀器及功能如下：光學多通道分析儀、攝譜儀、光電倍增管與輻射計，用于測量光譜強度與速度。石英晶體微量天平：用于測量試件的質量損失?，F(xiàn)在是62頁\一共有97頁\編輯于星期日測試儀器功能：四極質譜儀：用于測量試件的組成成分。電子顯微鏡：用于測量試件表面的外形變化。低能電子衍射儀和俄歇質譜儀：測量試件表面的腐蝕效應。另外，作為試驗設備必不可少的部分，還使用了電子計算機的控制、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)?，F(xiàn)在是63頁\一共有97頁\編輯于星期日六、衛(wèi)星動力學環(huán)境試驗技術動力學環(huán)境試驗是衛(wèi)星環(huán)境工程的重要組成部分，與衛(wèi)星在軌道飛行所經(jīng)受的各種空間環(huán)境相比，動力學環(huán)境有完全不同的特點。它主要發(fā)生在衛(wèi)星的發(fā)射階段，作用時間雖短，但對衛(wèi)星的影響卻不能忽視。據(jù)國外統(tǒng)計，衛(wèi)星發(fā)射上天后第一天所出現(xiàn)的故障，有30%~60%是由于動力學環(huán)境引起的。衛(wèi)星的動力學環(huán)境大致分為聲、振動、沖擊和加速度四種?，F(xiàn)在是64頁\一共有97頁\編輯于星期日(1)聲它是由衛(wèi)星起飛和動力飛行過程中在衛(wèi)星外表面或整流罩上形成的空氣脈動壓力所引起的。這種空氣脈動壓力亦稱噪聲。它可分為由衛(wèi)星運載火箭排氣所產(chǎn)生的聲學噪聲和衛(wèi)星在高速飛行過程中產(chǎn)生的氣動噪聲。它們通過衛(wèi)星外殼（或整流罩）和飛行器結構傳到衛(wèi)星上，形成隨機振動環(huán)境作用于衛(wèi)星的各部位。一般稱為聲振環(huán)境?，F(xiàn)在是65頁\一共有97頁\編輯于星期日(2)振動除了聲振環(huán)境外，衛(wèi)星還受到多種其它環(huán)境的作用，例如：a.低頻正弦振動由地面運輸、火箭發(fā)動機工作、運載火箭結構與液體推進系統(tǒng)的共振頻率耦合等產(chǎn)生。b.瞬態(tài)振動由火箭發(fā)動機點火、關機和級間分離等突發(fā)性載荷，通過飛行結構傳到衛(wèi)星上并逐漸衰減，故稱為瞬態(tài)振動?，F(xiàn)在是66頁\一共有97頁\編輯于星期日(3)沖擊衛(wèi)星在飛行過程中，為使衛(wèi)星和運載火箭分離、拋整流罩、艙段分離，以及各種伸展組件的解鎖、釋放和展開等，需要使用各種類型的火工裝置。這些火工裝置在工作時產(chǎn)生時間極短的沖擊載荷，一般稱為爆炸沖擊環(huán)境。此外，一些返回式衛(wèi)星的回收部分在回到地面時也會經(jīng)受這種沖擊。現(xiàn)在是67頁\一共有97頁\編輯于星期日(4)加速度衛(wèi)星在動力飛行中，由于火箭發(fā)動機的推力而獲得加速度。這一加速度環(huán)境會對衛(wèi)星及星上組件造成結構性的損壞。例如電子元器件受損、密封失效、電子元器件斷路或短路、接插件松動和支架斷裂而使儀器設備發(fā)生故障、衛(wèi)星的主結構及次結構破壞或斷裂等。這些故障的發(fā)生都可能影響衛(wèi)星飛行任務的完成，甚至導致整個飛行任務失敗?，F(xiàn)在是68頁\一共有97頁\編輯于星期日6.1振動試驗設備振動環(huán)境模擬試驗設備是模擬產(chǎn)品經(jīng)受振動環(huán)境的必要條件。一般包括振動臺、控制系統(tǒng)、測振儀器和輔助設備等。而目前廣泛使用的振動臺，按其原理分主要有三種類型：機械振動臺、電動振動臺和電液振動臺。現(xiàn)在是69頁\一共有97頁\編輯于星期日6.2聲振環(huán)境模擬技術高聲強聲試驗室主要有混響室和行波室兩種。試驗室由噪聲源（包括氣源和氣流調制器）、喇叭、排氣消聲裝置以及測控系統(tǒng)組成?，F(xiàn)在是70頁\一共有97頁\編輯于星期日(1)混響聲振試驗室圖52為混響場聲振試驗系統(tǒng)圖。系統(tǒng)的基本工作原理是具有一定壓力的氣源（液氮氣化的氣體）經(jīng)氣流調制器（電聲換能器）調制產(chǎn)生高聲強、寬頻帶的噪聲源，噪聲源經(jīng)喇叭輻射到混響室空間，造成模擬的擴散聲場，擴散聲場的壓力脈動全向、分布地激勵試驗件。在混響室的不同位置放置聲傳感器，測量不同點的聲壓級及混響室的總聲壓級，放大后送入數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，信號處理比較后，系統(tǒng)輸出一個調整信號經(jīng)功率放大后，調整氣流調制器使輸出的聲強滿足試驗要求?，F(xiàn)在是71頁\一共有97頁\編輯于星期日圖52混響場聲振試驗系統(tǒng)現(xiàn)在是72頁\一共有97頁\編輯于星期日(2)行波試驗系統(tǒng)行波試驗裝置是衛(wèi)星另一種常用的聲振試驗設備。如圖53所示。它由噪聲源（包括喇叭）、過渡段、試驗段以及排氣消聲段等組成。聲波不斷地從聲源沿管道以行波形式傳播，氣流調制器通過喇叭與行波過渡段進行聲阻抗匹配，以達到理想的電、氣聲效率。而在排氣消聲段由具有高聲吸收系數(shù)的介質（如玻璃纖維）所吸收，防止行波反射回試驗段?，F(xiàn)在是73頁\一共有97頁\編輯于星期日圖53行波場聲振試驗系統(tǒng)現(xiàn)在是74頁\一共有97頁\編輯于星期日6.3動力學環(huán)境試驗中的測量技術在衛(wèi)星及其他航天器的動力學環(huán)境試驗中，需要進行各種物理參數(shù)的測量。例如，在振動試驗中，要準確測量試驗控制點的加速度、位移或速度，以保證試件經(jīng)受的振動量值滿足試驗要求；在進行聲振試驗時，要測量混響室的聲壓級，以確信混響室的聲強和聲場的均勻度，滿足試驗要求。顯然，能否正確測量這些參數(shù)，決定著試驗的成敗?，F(xiàn)在是75頁\一共有97頁\編輯于星期日6.3.1電阻應變計應變測量是實驗力學環(huán)境的重要內(nèi)容之一，在衛(wèi)星的強度分析、材料試驗方面都有廣泛的應用，應變測量的方法有很多種，例如機械方法、電測法和光測法，而應用最廣泛的是電阻應變計。因為它具有測量靈敏度及精度高，數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠、頻率響應極寬，可用于常溫，高低溫環(huán)境下測量等?，F(xiàn)在是76頁\一共有97頁\編輯于星期日6.3.2聲壓級測量衛(wèi)星的聲試驗，主要是研究衛(wèi)星結構及組件在飛行過程中所受到的火箭發(fā)動機排氣噪聲及高速飛行中氣動噪聲等環(huán)境的影響。聲最基本特性是聲功率及聲壓，前者用來描述一個聲源發(fā)出聲音的強弱（能量）、聲壓是聲音在介質中傳播時造成的壓力脈動.現(xiàn)在是77頁\一共有97頁\編輯于星期日七、微流星與空間碎片模擬技術由于微流星體與空間碎片的速度很高，當它與航天器相撞時，釋放出巨大的能量，對航天器有很大的危害。質量小的微流星體對航天器表面起沙蝕作用，使表面粗糙，造成表面熱控涂層特性破壞，對光學表面，太陽電池等影響也很大，使透光性能變化，光電轉換效率降低等?，F(xiàn)在是78頁\一共有97頁\編輯于星期日微流星模擬方法主要有下列幾類。(1)爆炸加速器爆炸力直接作用在物體上，使物體加速。現(xiàn)在是79頁\一共有97頁\編輯于星期日(2)靶板加速器，如圖61所示。這里彈體是固定的，靶板是加速運動的。起爆后，靶板在炸藥的推力下，加速運動去撞擊彈體，該加速器靶板速度可達3.5km/s。現(xiàn)在是80頁\一共有97頁\編輯于星期日圖61靶板加速器示意圖(a)作用前；(b)爆炸中；(c)靶板加速移向彈體現(xiàn)在是81頁\一共有97頁\編輯于星期日(3)錐孔爆炸加速器，如圖62所示。爆炸后把錐孔套管粉碎并射向靶板，噴射時呈彌散狀，速度可達16km/s。現(xiàn)在是82頁\一共有97頁\編輯于星期日圖62錐孔爆炸加速器1.—起爆管；2.—炸藥；3.—錐孔套管現(xiàn)在是83頁\一共有97頁\編輯于星期日(4)兩級碎管爆炸加速器，如圖63所示。起爆后，套管粉碎，套管內(nèi)的氣體受壓并加速。當達到預定壓力時隔膜破裂，于是加速彈體。在第一級和第二級中炸藥的燃燒率需控制合適，2g重的彈體可加速到12km/s，但該裝置只能使用一次?，F(xiàn)在是84頁\一共有97頁\編輯于星期日圖63兩級碎管爆炸加速器1.—起爆器；2.—套管；3.—炸藥；4.—膈膜；5.—彈體現(xiàn)在是85頁\一共有97頁\編輯于星期日(5)兩級輕氣炮加速器，如圖64所示。它是一種較為成熟的超高速顆粒加速器。起爆后后，炸藥燃燒達一定壓力。高壓氣體推動活塞、活塞壓縮氣體（氫或氦氣），氣體沖破隔膜。高溫高壓的輕氣體以大于101.3Mpa的壓力推動彈體，在1M左右的炮管中壓力基本不變，彈體能達到的極限速度為11km/s。彈體質量可以從0.02－1000g左右?，F(xiàn)在是86頁\一共有97頁\編輯于星期日圖64兩級輕氣炮加速器1.—起爆器；2.—炸藥；3.—隔膜4.—活塞；5.—輕氣體；6.—隔膜；7.—彈體；8.—彈托現(xiàn)在是87頁\一共有97