[发明专利]一种航天材料深空环境紫外线辐照实验模拟装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及辐照模拟实验设备技术领域，具体涉及一种航天材料深空环境紫外线辐照实验模拟装置及方法。

背景技术

卫星与航天器在深空环境中不可避免地长期暴露于空间辐射场中，其中紫外线辐射对航天材料具有较大的损伤作用，会引起有机材料变脆，产生表面裂纹、皱缩等，使机械性能下降。紫外辐照还会使聚合物基体严重变色，影响光学性能。最终会引起某些元器件的损伤，而造成航天器失效。因此航天材料与元器件需要通过空间环境辐照实验，以确保其可靠性，避免因损伤造成航天器的失效。

为了便于研究和开展深空环境实验，现有空间环境辐照模拟设备主要是针对低地球轨道环境，常规模拟装置真空度一般约为10^-4Pa，紫外辐照源多为普通紫外杀菌灯，波长范围可靠性低，且模拟技术复杂。

本发明能够针对现有技术的缺点，提出了一种在深空环境的超高真空条件下进行紫外辐照模拟实验的方法及装置，使模拟环境的真空度达到10^-8Pa级，并使用氘灯光源，其波长范围为160～400nm，与深空环境紫外线参数相吻合，能够客观、真实地反映深空环境中紫外线辐照对航天材料结构与性能的影响。

发明内容

为了客观真实的反映深空环境中紫外辐照对航天材料及元器件的影响，本发明提供了一种深空环境紫外线辐照模拟装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种航天材料深空环境紫外线辐照实验模拟装置，该装置包括真空控制系统和真空腔室1；上述真空控制系统包括组合泵18、分子泵13和机械泵14；上述组合泵18由射频离子泵和升华泵组成，组合泵18经真空管道17与真空腔室1相连；分子泵13的一侧经相应管路及手动挡板阀12与真空腔室1相连，另一侧与机械泵14相连；上述真空腔室1内的顶部设有氘灯3，氘灯3与氘灯固定调节杆2相连，并且其通过相应的导线经氘灯法兰接口8与装置外部的氘灯控制电源9相连，氘灯3的下方设有样品台4。

上述样品台4包括样品台陶瓷底片24以及设置在底片24上的一对样品固定杆19，样品固定杆19上设有金属卡片23，通过样品固定杆19和金属卡片23将航天材料样品固定在样品台4上。

上述样品台陶瓷底片24的下表面分布有温度控制线21和热电阻丝22，温度控制线21与热电阻丝22相连，热电阻丝22经加热法兰口与装置外部的加热变压器10相连；样品台陶瓷底片24内部设有测温线20，测温线20经加热法兰口与装置外部的温度控制显示器11相连，测温线20通过热电偶测量样品台陶瓷底片24的温度；上述加热变压器10与温度控制显示器11相连，通过温度控制显示器11可以监测和控制样品台4的温度。

上述真空腔室1上设有真空规16，用于测量真空腔室1内的真空度。

上述真空腔室1上装有观察窗15，该观察窗15为密闭和透视的，与样品台4的位置相对，可以用于观察真空腔室1的内部，即时监测深空环境紫外线辐照实验的进程。

上述真空腔室1经气氛针阀6与气氛瓶7相连，通过改变气氛瓶7内的气体种类及调节气氛针阀6控制真空腔体1内的气氛种类及含量。

上述真空腔室1上设有进取样品法兰接口5，其与样品台4相连，打开法兰接口5后，可以对样品台4进行安装和拆卸，即可以在拆下样品台4后将航天材料样品固定于样品台4上，再重新安装样品台4，然后拧紧法兰接口5。

一种上述航天材料深空环境紫外线辐照实验模拟装置的使用方法，具体步骤如下：

（1）将航天材料样品置于样品台4上；

（2）打开手动挡板阀12，启动机械泵14，待真空腔室1内的真空度降至10Pa以下时，开启分子泵13，待真空腔室1内的真空度达到5.0×10^-5Pa以下时，开启组合泵18，使真空腔室1内的真空度达到5.5×10^-8Pa以下；

（3）启动氘灯控制电源9，通过氘灯固定调整杆2调节氘灯3与样品台4上航天材料样品的距离，从而控制样品受到的紫外辐照强度，进行深空环境紫外线辐照实验；

（4）模拟实验结束后，依次关闭手动挡板阀12、组合泵18和分子泵13，待分子泵13的转速为0时，关闭机械泵14；

（5）关闭氘灯控制电源9，打开手动挡板阀12，对真空腔体1内通气，待真空腔室1的真空度恢复到常压，取出样品；

（6）对经深空环境紫外线辐照实验处理后的样品进行分析和失效评估。

步骤（3）中氘灯3发出的光的波长范围为160～400nm。