[发明专利]用于原子氧散射角分布及侵蚀率测量的试验系统

说明书

技术领域

本发明属于空间环境及效应探测领域，具体来说涉及一种能够准确测量空间原子氧散射角分布及侵蚀率的系统。

背景技术

原子氧环境是指低地球轨道(通常认为200～700km高度)上以原子态氧存在的残余气体环境。空间飞行试验和地面模拟试验表明，原子氧对航天器热控材料、结构材料等均存在氧化剥蚀效应，从而造成材料功能的下降，主要表现在材料质量和厚度的损失、表面形貌的变化以及各种性能参数的衰退等。目前，数值仿真分析方法是对航天器材料空间原子氧环境效应评价的一种重要手段。

国外航天发达国家经过多年的技术积累，先后开发了FLUXAVG、SOLSHAD、ESABASE/Atomox等多个软件系统，用于航天器外表面遭受原子氧通量的2D或3D分析及材料的损伤效应分析，如：剥蚀形貌、材料反应率的变化等。但由于航天器结构的复杂性，许多外表面均会不同程度的遭受散射原子氧的侵蚀，因此为保证软件计算结果的准确性，提高软件计算的可信度，需要有准确的原子氧散射角分布及侵蚀率数据作为软件参数的设定依据。目前，国外通过飞行试验手段建立了航天器材料空间环境效应数据库，积累了大量的材料在轨数据，能够满足软件计算的要求，但出于保密的原因，国内至今无法获得该方面的技术资料。因此，为满足空间环境效应分析的要求，提供一种原子氧散射角分布及侵蚀率的测定系统及测定方法非常必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种原子氧散射角分布及侵蚀率的测定系统，该系统能够准确、高效地测量空间原子氧的散射角分布及侵蚀率，从而提高了原子氧环境效应仿真分析的准确性，为航天器材料原子氧环境适应性评价工作奠定了基础，保证了我国航天器在轨的可靠运行。

同时，也提供了一种利用上述系统测定原子氧散射角分布及侵蚀率的方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种用于原子氧散射角分布及侵蚀率测量的试验系统，包括靶台机构、铝散射板、两端开口的散射腔体、Kapton薄膜、SiO₂/Kapton薄膜以及原子氧发生系统，散射腔体的下端开口设置在叠置于靶台机构上的铝散射板上，Kapton薄膜设置在散射腔体内部，中心设置有圆孔的SiO₂/Kapton薄膜机械固定在散射腔体的上端开口，设置在散射腔体上方的原子氧发生系统通过上述圆孔向散射腔体内产生原子氧，散射腔体内的SiO₂/Kapton薄膜表面以及Kapton薄膜表面上分别散落设置有不与原子氧反应起保护作用的NaCl颗粒，散射腔体底部的铝散射板对入射原子氧进行不同角度的散射。

其中，NaCl颗粒通过物理方法(例如：NaCl饱和水溶液喷洒、涂覆等)不会脱落地散落设置在SiO₂/Kapton薄膜以及Kapton薄膜上，且与其接触的薄膜位置无压痕损伤；

其中，靶台结构为能够空间转动的靶台结构，以对不同入射角的原子氧束的散射角分布及侵蚀率进行测定；

其中，铝散射板表面有凹槽，与散射腔体的底部紧密配合。

进一步地，原子氧发生系统为束流式原子氧发生系统，能够产生束流密度为10¹⁴-10¹⁶atoms/cm²·s的中性原子氧。

进一步地，SiO₂/Kapton薄膜的SiO₂面能够抵制原子氧的侵蚀，而Kapton面用于与散射原子氧反应。

进一步地，机械固定是通过用固定螺栓连接散射腔体、SiO₂/Kapton薄膜及靶台机构来固定的。

本发明用于原子氧散射角分布及侵蚀率测量的试验系统能够为航天器外露材料原子氧环境效应仿真分析模型及软件参数的设定提供依据，通过该试验系统得到的原子氧侵蚀率测量结果为航天器非暴露表面材料的设计及选择奠定了基础。

附图说明

图1是本发明的用于原子氧散射角分布及侵蚀率测量的试验系统结构示意图。

其中，1为原子氧发生系统；2为SiO₂/Kapton薄膜(表面镀制有SiO₂防护层的Kapton薄膜)；3为Kapton薄膜；4为NaCl颗粒；5为散射腔体；6为铝散射板；7为靶台机构；8为固定螺栓。

具体实施方式