[发明专利]重火石ZF系列空间耐辐照光学玻璃及其制备方法

说明书

本发明涉及一种主要用于空间高/低轨道、远太空的长寿命光学载荷透射式或折返式空间光学系统的重火石ZF系列空间耐辐照光学玻璃及其制备方法。本发明所提供的耐辐照光学玻璃的原料成分及质量配比为：26‑38％的SiO₂、0.5‑1.8％的Na₂O、0.9‑4.8％的K₂O、0.42‑2％的ZnO、54.2‑70％的PbO、0.3‑1％的La₂O₃、0.45‑1.3％的辐照稳定剂；所述辐照稳定剂为CeO₂和/或Sb₂O₃。本发明具有远优于《GB 903‑87无色光学玻璃》规定的500系列对应牌号耐辐射玻璃的空间辐照耐受能力；能够满足空间光学星敏感器光学系统长期在轨、耐受15～25年空间累积辐照总剂量的使用要求。

技术领域

本发明涉及一种主要用于空间高/低轨道、远太空的长寿命光学载荷透射式或折返式空间光学系统的重火石ZF系列空间耐辐照光学玻璃及其制备方法。

背景技术

航天空间星载光学星敏感器通过长期、定姿凝视恒星，将星空成像在探测器上，获取空间航天飞行器的精确位置和姿态信息，对空间飞行器的姿态调控起到关键作用，是月球探测、深空探测和高轨道卫星导航定位等重大航天科技活动任务成败的关键之一。设计应用高可靠性、长期在轨有效工作或超预期服役的长寿命空间光学星敏感器，必然能给航天科技研究活动带来巨大的收益。

星载光学星敏感器等类似航天空间光学载荷在高/低轨道、远太空空间环境中工作运行时，光学系统必然会遭受空间环境中高能量射线和粒子的电磁辐射累积效应。普通光学玻璃构成的光学镜头系统，在空间辐射累积效应下，因光学玻璃材料形成色心缺陷、吸收可见光而引起光学镜头系统着色，光学系统的透过率下降，造成成像质量降低；空间辐射剂量累积过大最终将导致光学系统失效。这极大地影响光学星敏感器的姿态测量精度和高可靠性及使用寿命。

与此类似，用于空间高/低轨道、远太空的长寿命光学载荷透射式或折返式空间光学系统都面临上述空间辐照诱导的性能衰退问题。除去这些空间光学载荷内图像传感器、信号处理单元中使用元器件的寿命因素外，空间光学系统的使用寿命主要与其光学系统设计采用光学玻璃材料的耐辐照性能密切相关。普通牌号光学玻璃设计构成的光学星敏感器光学系统，已无法满足目前高轨道空间环境下长寿命(在轨寿命10～15年及以上)、高可靠性工作要求，只适合于短期或近地轨道服役的探测器和卫星导航定位系统等。而为了防止光学系统性能衰退、保证成像质量及定位精度，短期或近地轨道用空间星敏感器光学系统已更多趋于使用具有耐辐照性能的光学玻璃替代普通牌号光学玻璃，进行空间光学载荷的抗辐照性能加强设计。

耐辐照光学玻璃选择性采用变价离子掺杂，在受到高能辐射照射时，变价离子首先俘获电子避免了玻璃材料中产生着色中心，可提高光学玻璃对高能辐射的辐照稳定性。能够改善玻璃辐照稳定性的有Ce⁴⁺、Cr³⁺、Mn⁴⁺、As⁵⁺、Sb⁵⁺、Fe³⁺以及某些其他的变价离子。但Cr³⁺、Mn⁴⁺、Fe³⁺等离子在紫外或可见光波段存在吸收，其本身着色影响可见光光谱短波透过性，在耐辐照光学玻璃中很少采用。较为常用的离子有Ce⁴⁺、Sb⁵⁺，前者对提高玻璃的可见光区域耐辐照性能效果显著，后者则对改善玻璃的近红外光谱区的耐辐照性能效果更佳。