[发明专利]一种测量原子氧通量密度的装置及方法

说明书

本发明公开了一种测量原子氧通量密度的装置及方法，本发明提供的装置包括托盘、夹层和盖板；所述托盘上设有若干用于放置样品的第一凹孔，所述第一凹孔以所述托盘的对称轴，呈轴对称排布；任意所述第一凹孔的形状大小相同；在使用状态下，所述样品放置于所述托盘的第一凹孔内，所述夹层和所述盖板再依次放置于所述托盘上。本发明可以有效的解决原子氧密度测量试验过程中，原子氧对试验样品的侧蚀，能够精确地测量原子氧的通量密度，并且该发明能够准确的测量原子氧通量密度的均匀性，降低了原子氧通量密度偏差，提高了原子氧试验数据的准确度，推进了航天产品的研发、应用及研制进度。

技术领域

本发明涉及航天器环境模拟技术领域，具体涉及一种测量原子氧通量密度的装置及方法。

背景技术

在太空200-1000km的轨道高度内，原子氧是太空气体含量最多的成分，约占80％。原子氧是波长小于240nm的太阳紫外线对空间残余氧分子的光致解离产生，是低地球轨道最危险的环境因素之一。原子氧具有高化学活性，其氧化作用远大于氧分子。原子氧会侵蚀暴露在太空环境中的航天器材料，原子氧与航天器表面作用时，会在材料表面形成裂纹萌生点，造成剥蚀现象，使材料性能退化，从而影响航天器的正常运行和使用寿命。航天器表面材料在空间原子氧环境中的使用性能与时长不仅与材料本身的剥蚀率有关，还与原子氧的密度有关。

飞行试验是进行原子氧环境效应研究的最直接、有效的手段，但其费用高昂、技术难度高，因此目前研究常用的是地面模拟试验的方法。综合国内外原子氧效应地面模拟研究思路，主要是研究具有较高品质、大通量密度的原子氧束流，以在较短的时间内进行材料的加速暴露试验，对航天器表面材料进行筛选。

地面模拟设备通量密度的测量方法对模拟试验的准确性及有效性都极其重要的影响。国内外对原子氧的通量密度测量方法进行了大量研究，最常用的方法是Kapton膜质量损失法。Kapton材料在空间飞行时的原子氧剥蚀率较为稳定，因此，利用Kapton材料在原子氧作用下的质量损失来推算出试样所处位置处的原子氧通量密度。

申请号201010523070.7原子氧通量密度的测量方法的专利提出一种用太阳电池片作为探测器探头，通过测量电池开路电流的变化获得原子氧通量密度的方法，该方法工艺较为复杂，成本较高，对地面模拟试验不适用；申请号201810745850.2和申请号200910235752.5的专利采用氧化石墨烯薄膜作为原子氧传感器敏感层，通过测量敏感层的电阻变化推算出原子氧通量密度，该方法对环境温度的要求较高，并且不能测量原子氧通量密度均匀性；申请号201710780829.1一种原子氧积分通量测量方法及原子氧传感器的专利采用惠斯顿电桥的方法测量原子氧通量密度，该方法对环境温度较敏感，并且应用于原子氧地面模拟设备时不能测量原子氧的均匀性。文献《原子氧对金属铜的作用》提出了一种可采用Kapton膜质量损失法测量原子氧通量密度的工装，但该装置容易发生原子氧侧蚀，导致测量结果不准确，测量结果均匀性较差。

目前对于原子氧通量密度的测量方法的研究均未对地面模拟系统的原子氧均匀性提出要求或测量结果均匀性较差，并且提出的测量方法工艺较为复杂或成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够消除原子氧的侧蚀、精确地测量原子氧的通量密度以及均匀性的装置及方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种测量原子氧通量密度的装置，包括托盘、夹层和盖板；

所述托盘上设有若干用于放置样品的第一凹孔，所述第一凹孔以所述托盘的对称轴，呈轴对称排布；任意所述第一凹孔的形状大小相同；

在使用状态下，所述样品放置于所述托盘的第一凹孔内，所述夹层和所述盖板再依次放置于所述托盘上。

可选地，所述夹层上设有与所述第一凹孔相匹配的第二凹孔；所述盖板上设有与所述第二凹孔相匹配的第三凹孔；所述第二凹孔和第三凹孔与所述第一凹孔的形状相同；在使用状态下，所述第二凹孔能嵌入所述第一凹孔内，所述第三凹孔能嵌入所述第二凹孔内。