[发明专利]一种航天器敏感低温表面污染的监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种航天器敏感低温表面污染的监测方法，特别是采用石英晶体微量天平监测航天器低温敏感表面污染的方法，属于航空航天技术领域，直接应用在红外低温遥感及其他航天低温探测器表面污染监测。

背景技术

航天器上有许多敏感部件(如光学镜头、观察窗、太阳电池盖、热控涂层、继电器触点、波导内壁等)表面需要污染监测与控制。这些敏感表面尽管在零件制造、分系统装配、总装过程已有一定的污染控制措施，但仍有可能在航天器地面热真空试验和航天器在轨运行过程遭受不同程度的污染。最显著的一个例子是润滑或导热用的润滑和导热油脂会以分子形式逸出表面而到达敏感表面。

姿态发动机喷出的羽状烟柱、燃料电池抛出物及航天器工作舱排出的废物、废液会形成明显的粒子污染；航天器本身的非金属材料在真空中加热情况下会出气，它们以单分子的形式蒸发、升华、分解逸出，而后以随机的方式沉积在低温裸露表面上，形成分子污染等。污染的后果非常严重。例如：美国双子星座载人飞船观察窗，由于未加保护罩，受到严重的羽烟污染。

阿波罗8号飞船进行绕月飞行时，由于硅橡胶密封圈污染了主观察窗，照相和拍电视只好临时转移到污染较小的测观察窗。阿波罗14号飞船密封马达开关在飞行期间失效，其原因是室温固化硅橡胶在马达运行时分解出低分子量气相硅，气相硅与石油基润滑剂一起在电刷电弧作用下形成碳粒，增加了电刷电阻率导致马达失效。一般来说，分子污染的来源为航天器上电和热的弹性绝缘物、真空密封材料、绝缘结构材料、胶合剂、液压油、热控涂层的油渗挥发物、油墨、空气中吸收的水气和其它化合物、清洗溶剂等。

总之，污染物如果挥发率高、连续不断、离敏感表面近、视场可见、方向正对、吸附机率大、如果敏感表面温度低，污染则会很严重，甚至会聚积到可见污物滴液的程度。

发明内容

本发明的目的是为了解决航天器热真空试验和在轨运行期间，我国现有航天器使用非金属材料出气物或羽流喷射沉积物在低温敏感表面沉积量无法表征的问题，提供一种原位监测航天器低温敏感表面的非金属材料出气污染物或航天器羽流污染物的方法。

本发明的一种航天器敏感低温表面污染的监测装置包括：试验机柜、真空抽气系统、真空仓、热控样品台、液氮制冷系统、石英晶体微量天平探测器、计算机和计算机柜；其连接关系为：真空仓装置安装于试验机组柜上，通过密封管路与真空抽气系统连接；真空抽气系统和液氮制冷系统安装于试验机组柜内部；真空仓内放置石英晶体微量天平探测器和热控样品台，其视角为180°；测控系统通过电缆与石英晶体微量天平探测器和热控样品台，以控制热控样品台温度，测量真空中材料出气污染；测控系统工作通过石英晶体微量天平探测器软件和热控样品台温度控制软件来完成。

本发明的目的是通过一下技术方案实现的。

本发明的一种航天器敏感低温表面污染的监测方法，其具体实施步骤如下：

1)安装石英晶体微量天平系统、液氮温度制冷系统和热控样品台，其中石英晶体微量天平探测器和热控样品台出气口的视角为180°；采用石英晶片模拟航天器敏感低温表面，将石英晶体微量天平中的石英晶片置于真空室内，在石英晶体微量天平可视范围内，放置非金属材料或发动机喷嘴，使其在真空条件下放气或喷射羽流污染物；

2)启动真空系统，使真空仓工作在分子流工作状态；

3)通过液氮制冷系统，降低石英晶体表面温度，使其工作在航天器轨道最恶劣温度条件下，并调整石英晶体微量天平零点；

4)加热非金属材料或使发动机点火，使其逸出或喷射污染物；

5)在线原位监测石英晶体微量天平的各种参数，主要包括频率和温度，保存各种参数及各种数据记录；

6)关闭测试系统，关闭液氮制冷系统，关闭真空系统，回复试验设备至试验初始状态。

所述步骤1)中石英晶体微量天平的本征频率为10MHz、15MHz、20MHz或更高频率；液氮温度制冷系统将晶体表面温度制冷到80K；真空室真空度小于1×10^-3Pa；

所述步骤2)中真空系统为无油真空系统，真空泵按顺序启动冷阱、机械泵和分子泵；启动分子泵前真空度小于1×10^-1Pa，真空系统的真空度小于1×10^-3Pa，30分钟后，开启液氮低温制冷系统；

所述步骤3)中液氮制冷系统降温速率不超过10K/min，当温度降到80K时稳定30～60min；

所述步骤4)中加热非金属材料的温度为125℃，时间为24～48h，发动机持续点火时间为30～60min；

所述步骤5)中频率和温度监测数据速率大于1次/min；