[发明专利]一种原子氧与材料作用系数测试方法

说明书

本发明公开了一种原子氧与材料作用系数测试方法，包括由上壳体、下壳体、Kapton膜以及NaCl颗粒组成的测试系统，步骤如下：a.将原子氧发生系统产生高密度的原子氧束通过上壳体以及Kapton膜上的圆孔散射至上壳体与下壳体所组成的腔体内；b.在测试系统工作一段时间后，取出带有NaCl颗粒的Kapton膜。本申请中，通过上壳体、下壳体、Kapton膜以及NaCl颗粒组成的测试系统，可以准确、高效的测量原子氧与材料作用系数，提高原子氧环境效应仿真分析的准确性，为航天器外露材料原子氧环境效应仿真分析方面提供了数据支持。

技术领域

本发明涉及空间环境技术领域，尤其涉及一种原子氧与材料作用系数测试方法。

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。原子氧与材料的作用系数(吸收系数(Ω)、镜面反射系数(ρ_s)和漫反射系数(ρ_d))是仿真计算的关键输入参数，直接影响计算结果的准确性。目前，国外通过飞行试验及地面试验等手段建立了航天器材料空间环境效应数据库，但出于保密的原因，国内至今无法获得材料原子氧作用系数的技术资料。

因此，为满足空间环境效应准确分析的要求，提供一种原子氧与材料作用系数的测试方法非常必要。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决上述问题，而提出的一种原子氧与材料作用系数测试方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种原子氧与材料作用系数测试方法，包括由上壳体、下壳体、Kapton膜以及NaCl颗粒组成的测试系统，步骤如下：

a.将原子氧发生系统产生高密度的原子氧束通过上壳体以及Kapton膜上的圆孔发射进入上壳体与下壳体所组成的腔体内；

b.在测试系统工作一段时间后，取出带有NaCl颗粒的Kapton膜；

c.利用纯净水清洁Kapton膜3，去除NaCl颗粒，并对Kapton膜不同部位进行扫面电镜观察，获得薄膜不同位置处的材料侵蚀厚度；

d.称量Kapton膜3的质量；

e.根据不同位置的Kapton膜3厚度损失，确定材料表面原子氧吸收系数(Ω)、镜面反射系数(ρ_s)和漫反射系数(ρ_d)。

优选的，所述NaCl颗粒通过物理方法无压痕损伤的散落在Kapton膜上，且保证其不脱落。

优选地，所述步骤e中的具体步骤为：

S1.定义材料参数：

Ω+ρ_s+ρ_d＝1。

S2.通过软件模型计算进入腔体内原子氧总剂量，用Φ表示；

S3.利用电镜观察位置1侵蚀厚度，并根据公式计算位置1处与Kapton膜反应的原子氧剂量，用Φ_a表示；则吸收系数Ω的计算公式为：

Φ_a＝h₁/E；