[发明专利]确定空间环境协合效应相关度的方法

说明书

本发明公开一种空间环境协合效应相关度的确定方法，该方法包括依照在轨轨道环境，确定出高低温交变环境；选取复合材料，分组经受几种空间环境状态；依照试验方案完成环境效应试验；依据效应等效原理，确定原子氧试验剂量及试验机时；制定热循环试验参数；完成两因素环境矩阵试验，并进行试验后的试验样品性能参数测试；对矩阵表内的测试数据进行交叉比对，分别与单因素试验结果的简单加合比值即相加性系数。本发明通过地面单因素及顺次作用试验数据的理解、处理和外推、探究，能够对在轨空间环境因素同时作用效应进行预估预判，有效提升空间环境试验研究有效性。

技术领域

本发明属于空间环境与效应测试技术领域，具体而言，本发明涉及空间环境下协和效应相关度的确定方法。

背景技术

目前，航空航天技术的发展，导致需要对航天器材料在空间环境下的损伤情况进行研究，以使得航天器能够在安全的情况下实现航空航天任务，但在航天器材料的空间环境模拟条件下，需要充分了解以下的相关效应。

1)空间环境及其效应

复杂的空间环境对空间结构材料的影响和损伤是不可忽视的重要因素，它会直接影响航天器正常的运行、工作和在轨服役寿命。了解空间环境及其效应，掌握环境对航天器结构材料性能的影响，是进行航天器设计的基础。空间环境因素多种多样，主要包括太阳电磁辐射、带电粒子辐射、高真空、冷黑环境、原子氧侵蚀，以及微流星和空间碎片的撞击等。它们对航天器及其结构组件的影响也各不相同。

2)空间环境效应的协合性

研究发现，地面单一环境因素的简单叠加与材料在轨遭受的真实的性能退化结果并不完全一致。

原子氧和紫外线对材料的损伤具有协合作用，但对于不同材料有所差异。低轨飞行试验对含硅和含氟的聚合物膜在空间环境下的变化进行了研究，结果表明，含氟的聚合物侵蚀严重，透光率严重下降，而含硅的聚合物膜侵蚀速率很小，透光率无明显变化。对于真空紫外线/原子氧对聚合物材料的交互作用，国内外已有相当的研究。

原子氧与带电粒子辐照的协合效应研究，相对于原子氧与紫外辐照而言，所见报道较少。T.King和Warren Wilson对聚砜树脂材料进行了原子氧和电子的协合效应试验，对电子轰击下的原子氧对材料作用产物进行了测量分析，并与无电子轰击条件下的试验结果进行了对比。结果表明，当材料绝缘时，电子轰击条件下原子氧对聚砜树脂材料的作用产物明显增多。作者初步分析了产生这种现象的原因，认为是电子导致的材料表面带电产生电场引起的。

原子氧与热循环之间协合效应研究方面，选用碳/氰酸酯基复合材料开展的试验研究表明，热循环对材料的抗原子氧能力(力学性能)有所提升。

空间碎片和原子氧的协合作用将大大加剧空间材料遭受侵蚀的程度。小于1mm的空间微小碎片通常不会对航天器造成灾难性损伤，但是由于数量大，与航天器的碰撞几率高，其表面多次撞击造成的长期积累效应是很明显的。在微小碎片的撞击下，空间功能性防护膜上产生许多针孔或裂纹，尽管这些缺陷小得难以发现，但给原子氧提供了一个进入基底材料的通道，造成原子氧在防护层下“潜蚀”并掏空，造成仿护层撕裂和脱落，进而导致防护措施失败，尤其是对大面积板形结构的平面阵天线和太阳能电池阵危害更大。

在带电粒子辐射和太阳电磁辐射的协合作用下，表层热控材料和光学器件，特别是有机热控涂层，其性能将发生较大的退化乃至失效。这是因为带电粒子辐射不但可能打断有机材料的化学价键，而且可引起材料内部发生电离效应或位移效应；而紫外辐照不仅可造成价键断裂乃至电离，而且可能引起带电粒子辐射损伤的加剧或损伤的修复。

太阳能电池阵暴露于空间，遭受空间碎片撞击的概率非常高。静电放电一定是在边缘发生，然而，超高速碎片产生的喷射物和污染能够较静电放电更容易诱发高压太阳阵二次电弧，该现象得到了Crawford和Schultz等人工作的证实。