石墨烯薄膜原子氧剥蚀行为及电阻特性

目的研究石墨烯薄膜在原子氧空间环境的适应性,为其在航天器上应用提供参考。方法采用刮涂法制备石墨烯薄膜,将石墨烯薄膜材料及石墨烯电阻传感器置于微波源原子氧设备内开展原子氧试验,原子氧剂量分别为3.0×10^20 atoms/cm2和7.5×10^20 atoms/cm^2,研究薄膜表面形貌、结构、成分及电阻性能的变化。结果采用刮涂法可制备氧含量较低的石墨烯薄膜,原子氧剂量为7.5×10^20 atoms/cm^2情况下,石墨烯薄膜的厚度损失为5.3μm,原子氧反应率为7.14×10^-25 atoms/cm^3。原子氧作用后,石墨烯薄膜中碳原子无序程度增大,C—O、—COOH官能团含量降低,C=O官能团含量增加。石墨烯电阻传感器的R0/R比值随原子氧剂量增加线性降低,0.8μm厚度薄膜可探测最大原子氧剂量为5×10^19 atoms/cm^2,增加薄膜厚度有望提高传感器的使用寿命。结论得到了石墨烯薄膜厚度损失、原子氧反应率、微观结构及电阻特性的变化规律,可为石墨烯薄膜的空间应用提供技术支撑。     

宇宙尘星载原位探测技术研究

对宇宙尘探测的历史及主要探测技术进行了调研分析总结,介绍了电离型、压电型、电容型、电阻型、半导体型、质谱型等探测方法以及探测技术的发展,包括复合探测技术及大面积探测方法。基于我国宇宙尘探测技术所开展的研究工作还较少的现状,提出应在深空探测任务规划的基础上加快开展相关宇宙尘星载原位探测技术的研究储备,针对复合式探测技术及大面积探测方法等方面开展研究的建议。     

空间站原子氧环境仿真研究

目的预估空间站在轨期间遭受的原子氧撞击通量。方法通过对空间站构型进行建模,轨道、姿态参数设定,应用Kepler计算方法对空间站在轨20年的原子氧积分通量进行初步的仿真计算和分析。结果得到了航天器各个微元表面的原子氧积分通量数据。结论通过数据分析可知,迎风方向上经受的最大原子氧通量达到5.79×1022atoms/cm2,综合空间站各个不同位置表面的积分通量数据,可为航天器结构设计与材料选择提供技术支持。     

二次电子发射系数在航天器表面充电的应用

二次电子发射现象是电子入射到材料表面并从材料表面激发出次级电子的现象。在航天领域,二次电子发射系数对于评估和预测航天器的表面充电水平具有十分重要的作用。本文对航天器的表面充电机制进行了介绍,结合航天器表面充电平衡方程编写了计算航天器表面充电电位的Matlab程序,使用航天表面材料二次电子发射系数的测量结果通过计算获得了特定环境下某材料的表面充电电位,为评估材料二次电子发射系数对表面充电的影响提供了一个直接的分析工具。     

高超声速飞行器异型气膜孔无喷流热增量研究

目的获取高超声速飞行器气膜孔不喷流时的热负荷增量。方法通过计算流体力学(CFD)方法针对典型高超声速飞行器50km、飞行马赫数为15条件下的无开孔、有开孔气膜冷、有开孔无喷流3种工况开展壁面热流分布研究。结果无开孔的最大热流分布在头部滞止点附近,约为2.2 MW/m~2,有气膜冷却的工况热流最高值在侧面气膜孔没有覆盖到的部位,约为1.4 MW/m~2,有异型孔但是不喷流的工况,热流密度最大值主要分布在开孔附近,最大值大于3.3 MW/m~2。结论对于在高超声速飞行器表面开孔采用气膜冷却方式冷却时,如果由于某种原因气膜孔不喷流,那么在孔的附近乃至整个滞止区域附近的热流负荷将会大幅度升高。     

国外热塑性树脂基复合材料低轨原子氧环境效应研究进展

针对具有良好应用前景的热塑性树脂基复合材料,调研并分析了国外飞行试验获得的数据,从原子氧反应率、力学性能退化、微裂纹等多个方面分析研究了原子氧环境对热塑性树脂基复合材料作用效应,为空间站等低轨道航天器结构材料的设计和选择提供依据。     

原子氧作用下聚合物薄膜材料表面形貌变化研究综述

原子氧作用造成航天器用聚合物薄膜的表面形貌发生显著变化,服役性能下降。基于此,从试验和仿真2个方面对相关研究进行了综述,总结了聚酰亚胺薄膜粗糙度及透过率随原子氧通量的变化,发现随累积通量增加,薄膜表面粗糙度增大,造成其透过率下降,但变化规律仍不清楚。对改性聚酰亚胺薄膜、其他聚合物薄膜及空间环境协合效应下聚合物薄膜的形貌变化进行了分析,分析了原子氧与聚合物材料作用仿真方法,对原子氧掏蚀形貌仿真结果进行了总结,指出了聚合物薄膜形貌变化机理研究中的关键科学问题。