[发明专利]一种原子氧地面模拟设备通量密度及不均匀性标定方法

说明书

一种原子氧地面模拟设备通量密度及不均匀性标定方法，采用原子氧地面模拟设备对装好双层Kapton膜的样品托进行长时间原子氧辐照，并对辐照前后的Kapton膜进行称量；将每组外侧Kapton膜辐照前、后的质量差，记为辐照损失质量；将每组内侧Kapton膜辐照前后的质量差记为出气损失质量。将辐照质量损失和出气质量损失相减，得到的方为真正的辐照损失质量；计算原子氧束流通量密度F；利用样品托表面7个区域的原子氧束流通量密度计算出原子氧束流通量密度的不均匀性。本发明的有益效果是：避免了Kapton膜真空放气导致的不准确性，加工特定结构的样品托以标定原子氧束流密度的不均匀性，得到了准确的原子氧通量密度及不均匀性。

技术领域

本发明涉及空间原子氧地面模拟设备，特别是指一种原子氧地面模拟设备通量密度及不均匀性标定方法。

背景技术

空间环境对航天器舱外运动机构润滑材料的性能和寿命有重要的影响，相关研究对保障近地轨道、月球探测、行星及深空探测等航天工程的顺利实施意义重大。航天器在轨故障分析表明，尽管航天器故障表现形式多种多样，但由空间环境因素引起的润滑材料失效的比例高达40%。其中，空间辐照环境则是空间环境诱导故障中的主要环境因素之一。中性气体是近地轨道所特有的空间环境，其中80%的成分为原子氧（AO），其产生于分子氧与紫外光的相互作用。尽管空间原子氧密度十分稀薄，但原子氧的化学活性远高于分子氧，足以对以8 km/s速度运行的在轨航天器造成重大影响。材料空间环境适应性的评价方法主要有空间飞行试验、理论模拟技术和地面模拟试验。其中，地面模拟试验可以进行加速模拟试验，并实时跟踪获取材料结构、性能的演化数据，弥补了空间飞行试验的不足，被广泛采用。许多国家的科研机构建立了多套空间环境地面模拟设备。自上世纪九十年代，中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室在中科院和基金委支持下，建立了三代空间环境地面模拟设备，初步建立了空间摩擦学实验技术平台。

地面模拟试验设备中原子氧通量密度及不均匀性的标定极为关键，也是许多研究机构面临的难题。对于原子氧通量密度的标定一般采用聚酰亚胺（Kapton，杜邦公司），该材料与原子氧有固定的反应系数，这种方法被广泛采用。但是，Kapton在真空中会有放气现象出现，导致标定的原子氧通量严重偏高。另外，仍没有针对原子氧束流密度不均匀性的标定方法。因此亟需新的原子氧通量密度及不均匀性的标定方法。排除Kapton膜在真空中出气的影响，加工特定结构的样品托以标定原子氧束流密度的不均匀性。

发明内容

本发明提出一种原子氧地面模拟设备通量密度及不均匀性标定方法，以提高原子氧束流通量密度及不均匀性标定的精确性。

本发明的技术方案是通过以下步骤实现的：一种原子氧地面模拟设备通量密度及不均匀性标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）裁剪2片大直径Kapton膜（3）和14片小直径Kapton膜（7），并分别称量每片Kapton膜的质量，称量精度优于1/100000 g；

（2）将裁剪好的大直径Kapton膜（3）和小直径Kapton膜（7）按两片一组重叠装入相应的大、小样品托的大圆台（1）和小圆台（5）上，大圆台（1）和小圆台（5）的直径分别与大直径Kapton膜（3）和小直径Kapton膜（7）的直径相同；然后用相应的大盖子（2）和小盖子（6）将Kapton膜的周边覆盖；该大样品托由大圆台（1）和大盖子（2）组成，大盖子（2）的内径略大于圆台（1）的直径，大盖子（2）的顶端设有缩口；该小样品托由底板（4）、小圆台（5）和小盖子（6）组成，圆形的底板（4）的直径与该大样品托的大圆台（1）直径相同，在底板（4）的上面设有7个均匀布置的小圆台（5），每一小圆台（5）设有小盖子（6），小盖子（6）的形状与大盖子（2）相似；

（3）采用原子氧地面模拟设备分别对装好Kapton膜的样品托进行原子氧辐照，盖子（2）垂直面对原子氧束流的方向距离为20 mm，辐照时间为4-6小时，并称量辐照后的Kapton膜的质量；