專(zhuān)利名稱(chēng)：用于原子氧散射角分布及侵蝕率測(cè)量的試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于空間環(huán)境及效應(yīng)探測(cè)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)涉及一種能夠準(zhǔn)確測(cè)量空間原子氧散射角分布及侵蝕率的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
原子氧環(huán)境是指低地球軌道(通常認(rèn)為200 700km高度)上以原子態(tài)氧存在的殘余氣體環(huán)境?？臻g飛行試驗(yàn)和地面模擬試驗(yàn)表明，原子氧對(duì)航天器熱控材料、結(jié)構(gòu)材料等均存在氧化剝蝕效應(yīng)，從而造成材料功能的下降，主要表現(xiàn)在材料質(zhì)量和厚度的損失、表面形貌的變化以及各種性能參數(shù)的衰退等。目前，數(shù)值仿真分析方法是對(duì)航天器材料空間原子氧環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)的一種重要手段。
國(guó)外航天發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)積累，先后開(kāi)發(fā)了 FLUXAVG、S0LSHAD、ESABASE/ Atomox等多個(gè)軟件系統(tǒng)，用于航天器外表面遭受原子氧通量的2D或3D分析及材料的損傷效應(yīng)分析，如剝蝕形貌、材料反應(yīng)率的變化等。但由于航天器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，許多外表面均會(huì)不同程度的遭受散射原子氧的侵蝕，因此為保證軟件計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，提高軟件計(jì)算的可信度，需要有準(zhǔn)確的原子氧散射角分布及侵蝕率數(shù)據(jù)作為軟件參數(shù)的設(shè)定依據(jù)。目前，國(guó)外通過(guò)飛行試驗(yàn)手段建立了航天器材料空間環(huán)境效應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)，積累了大量的材料在軌數(shù)據(jù)，能夠滿(mǎn)足軟件計(jì)算的要求，但出于保密的原因，國(guó)內(nèi)至今無(wú)法獲得該方面的技術(shù)資料。因此，為滿(mǎn)足空間環(huán)境效應(yīng)分析的要求，提供一種原子氧散射角分布及侵蝕率的測(cè)定系統(tǒng)及測(cè)定方法非常必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種原子氧散射角分布及侵蝕率的測(cè)定系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、高效地測(cè)量空間原子氧的散射角分布及侵蝕率，從而提高了原子氧環(huán)境效應(yīng)仿真分析的準(zhǔn)確性，為航天器材料原子氧環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)工作奠定了基礎(chǔ)，保證了我國(guó)航天器在軌的可靠運(yùn)行。同時(shí)，也提供了一種利用上述系統(tǒng)測(cè)定原子氧散射角分布及侵蝕率的方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案—種用于原子氧散射角分布及侵蝕率測(cè)量的試驗(yàn)系統(tǒng)，包括靶臺(tái)機(jī)構(gòu)、鋁散射板、 兩端開(kāi)口的散射腔體、Kapton薄膜、SiO2Aapton薄膜以及原子氧發(fā)生系統(tǒng)，散射腔體的下端開(kāi)口設(shè)置在疊置于靶臺(tái)機(jī)構(gòu)上的鋁散射板上，Kapton薄膜設(shè)置在散射腔體內(nèi)部，中心設(shè)置有圓孔的Si02/Kapton薄膜機(jī)械固定在散射腔體的上端開(kāi)口，設(shè)置在散射腔體上方的原子氧發(fā)生系統(tǒng)通過(guò)上述圓孔向散射腔體內(nèi)產(chǎn)生原子氧，散射腔體內(nèi)的Si02/Kapton薄膜表面以及Kapton薄膜表面上分別散落設(shè)置有不與原子氧反應(yīng)起保護(hù)作用的NaCl顆粒，散射腔體底部的鋁散射板對(duì)入射原子氧進(jìn)行不同角度的散射。其中，NaCl顆粒通過(guò)物理方法(例如NaCl飽和水溶液噴灑、涂覆等)不會(huì)脫落地散落設(shè)置在Si02/Kapton薄膜以及Kapton薄膜上，且與其接觸的薄膜位置無(wú)壓痕損傷；
其中，靶臺(tái)結(jié)構(gòu)為能夠空間轉(zhuǎn)動(dòng)的靶臺(tái)結(jié)構(gòu)，以對(duì)不同入射角的原子氧束的散射角分布及侵蝕率進(jìn)行測(cè)定；其中，鋁散射板表面有凹槽，與散射腔體的底部緊密配合。進(jìn)一步地，原子氧發(fā)生系統(tǒng)為束流式原子氧發(fā)生系統(tǒng)，能夠產(chǎn)生束流密度為 1014-1016atoms/cm2 · s 的中性原子氧。進(jìn)一步地，Si02/Kapton薄膜的SiO2面能夠抵制原子氧的侵蝕,而Kapton面用于與散射原子氧反應(yīng)。進(jìn)一步地,機(jī)械固定是通過(guò)用固定螺栓連接散射腔體、Si02/Kapton薄膜及祀臺(tái)機(jī)構(gòu)來(lái)固定的。本發(fā)明用于原子氧散射角分布及侵蝕率測(cè)量的試驗(yàn)系統(tǒng)能夠?yàn)楹教炱魍饴恫牧显友醐h(huán)境效應(yīng)仿真分析模型及軟件參數(shù)的設(shè)定提供依據(jù)，通過(guò)該試驗(yàn)系統(tǒng)得到的原子氧侵蝕率測(cè)量結(jié)果為航天器非暴露表面材料的設(shè)計(jì)及選擇奠定了基礎(chǔ)。



圖I是本發(fā)明的用于原子氧散射角分布及侵蝕率測(cè)量的試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。其中，I為原子氧發(fā)生系統(tǒng)；2為Si02/Kapton薄膜(表面鍍制有SiO2防護(hù)層的 Kapton薄膜)；3為Kapton薄膜；4為NaCl顆粒；5為散射腔體；6為鋁散射板；7為靶臺(tái)機(jī)構(gòu)；8為固定螺栓。
具體實(shí)施例方式以下介紹的是作為本發(fā)明所述內(nèi)容的具體實(shí)施方式
，下面通過(guò)具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的所述內(nèi)容作進(jìn)一步的闡明。當(dāng)然，描述下列具體實(shí)施方式
只為示例本發(fā)明的不同方面的內(nèi)容，而不應(yīng)理解為限制本發(fā)明范圍。圖I為本發(fā)明的用于原子氧散射角分布及侵蝕率測(cè)量的試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖，其中， 該試驗(yàn)系統(tǒng)包括原子氧發(fā)生系統(tǒng)I、Si02/Kapton薄膜(表面鍍制有SiO2防護(hù)層的Kapton 薄膜)2>Kapton薄膜3、散落在Si02/Kapton薄膜2及Kapton薄膜3表面上的NaCl顆粒4、 用于安裝或固定Si02/Kapton薄膜2及Kapton薄膜3的散射腔體5、與散射腔體5緊密配合的用于與入射原子氧發(fā)生碰撞的招散射板6、安裝Si02/Kaptcn薄膜2、Kapton薄膜3、散射腔體5、鋁散射板6的靶臺(tái)機(jī)構(gòu)7、連接Si02/Kapton薄膜2、散射腔體5、鋁散射板6的固定螺栓8。SiO2Aapton薄膜2中心帶有圓孔，使得入射原子氧穿透圓孔與鋁散射板6碰撞。 該測(cè)量系統(tǒng)工作時(shí)，原子氧發(fā)生系統(tǒng)I產(chǎn)生高密度的原子氧束，原子氧穿過(guò)Si02/Kapton薄膜2的表面圓孔進(jìn)入散射腔體5內(nèi)，并與鋁散射板6發(fā)生碰撞造成原子氧束的散射，散射原子氧會(huì)與安裝在散射腔體5內(nèi)的Si02/Kapton薄膜2及Kapton薄膜3發(fā)生反應(yīng)，由于NaCl 與原子氧不反應(yīng)，因此與NaCl接觸的Si02/Kapton薄膜2及Kapton薄膜3表面不會(huì)發(fā)生侵蝕，而其周?chē)词艿絅aCl保護(hù)的Kapton薄膜將發(fā)生侵蝕。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)工作一段時(shí)間后， 取出帶有NaCl顆粒4的Si02/Kapton薄膜2及Kapton薄膜3,利用純凈水清潔薄膜表面， 去除NaCl顆粒4，并對(duì)Kapton薄膜不同部位進(jìn)行掃描電鏡觀察，獲得薄膜不同位置處的材料侵蝕厚度，并通過(guò)測(cè)試點(diǎn)與原子氧入射位置的坐標(biāo)確定散射角的分布。另外，通過(guò)稱(chēng)量薄膜的質(zhì)量損失，可以得到散射原子氧的侵蝕率。在整個(gè)系統(tǒng)制作過(guò)程中，NaCl顆粒應(yīng)通過(guò)物理方法散落在Si02/Kapton薄膜及Kapton薄膜上，需保證其不脫落，同時(shí)要求與其接觸薄膜位置無(wú)壓痕等損傷。靶臺(tái)結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)空間轉(zhuǎn)動(dòng)，滿(mǎn)足不同入射角的原子氧束散射角分布及侵蝕率測(cè)定的要求。鋁散射板表面有凹槽，保證與散射腔體底部緊密配合。
盡管上文對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
給予了詳細(xì)描述和說(shuō)明，但是應(yīng)該指明的是， 本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以依據(jù)本發(fā)明的精神對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行各種等效改變和修改，其所產(chǎn)生的功能作用在未超出說(shuō)明書(shū)及附圖所涵蓋的精神時(shí)，均應(yīng)在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于原子氧散射角分布及侵蝕率測(cè)量的試驗(yàn)系統(tǒng)，包括靶臺(tái)機(jī)構(gòu)、鋁散射板、兩端開(kāi)口的散射腔體、Kapton薄膜、SiO2Aapton薄膜以及原子氧發(fā)生系統(tǒng),散射腔體的下端開(kāi)口設(shè)置在疊置于靶臺(tái)機(jī)構(gòu)上的鋁散射板上，Kapton薄膜設(shè)置在散射腔體內(nèi)表面，中心設(shè)置有圓孔的SiO2Aapton薄膜機(jī)械固定在散射腔體的上端開(kāi)口，設(shè)置在散射腔體上方的原子氧發(fā)生系統(tǒng)通過(guò)上述圓孔向散射腔體內(nèi)產(chǎn)生原子氧，散射腔體內(nèi)的SiO2Aapton薄膜表面以及Kapton薄膜表面上分別散落設(shè)置有不與原子氧反應(yīng)起保護(hù)作用的NaCl顆粒，散射腔體底部的鋁散射板對(duì)入射原子氧進(jìn)行不同角度的散射。
2.如權(quán)利要求I所述的試驗(yàn)系統(tǒng)，其中，NaCl顆粒通過(guò)物理方法不會(huì)脫落地散落設(shè)置在SiO2Aapton薄膜以及Kapton薄膜上,且與其接觸的薄膜位置無(wú)壓痕損傷。
3.如權(quán)利要求I所述的試驗(yàn)系統(tǒng)，其中，靶臺(tái)結(jié)構(gòu)為能夠空間轉(zhuǎn)動(dòng)的靶臺(tái)結(jié)構(gòu)，以對(duì)不同入射角的原子氧束的散射角分布及侵蝕率進(jìn)行測(cè)定。
4.如權(quán)利要求I所述的試驗(yàn)系統(tǒng)，其中，鋁散射板表面有凹槽，與散射腔體的底部緊密配合。
5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的試驗(yàn)系統(tǒng)，其中，原子氧發(fā)生系統(tǒng)為束流式原子氧發(fā)生系統(tǒng)，能夠產(chǎn)生束流密度為1014-1016atomS/Cm2 s的中性原子氧。
6.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的試驗(yàn)系統(tǒng),其中SiO2Aapton薄膜的SiO2面能夠抵制原子氧的侵蝕，Kapton面用于與散射原子氧反應(yīng)。
7.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的試驗(yàn)系統(tǒng)，其中，機(jī)械固定是通過(guò)用固定螺栓連接散射腔體、SiO2Aapton薄膜及祀臺(tái)機(jī)構(gòu)來(lái)固定的。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于原子氧散射角分布及侵蝕率測(cè)量的試驗(yàn)系統(tǒng)，其中散射腔體的下端開(kāi)口設(shè)置在疊置于靶臺(tái)機(jī)構(gòu)上的鋁散射板上，SiO2/Kapton薄膜機(jī)械固定在散射腔體的上端開(kāi)口，Kapton薄膜設(shè)置在散射腔體內(nèi)表面，SiO2/Kapton薄膜中心設(shè)置有圓孔，設(shè)置在散射腔體上方的原子氧發(fā)生系統(tǒng)通過(guò)上述圓孔向散射腔體內(nèi)產(chǎn)生原子氧，散射腔體內(nèi)的SiO2/Kapton薄膜以及Kapton薄膜表面上分別散落設(shè)置有不與原子氧反應(yīng)起保護(hù)作用的NaCl顆粒，散射腔體底部的鋁散射板對(duì)入射原子氧進(jìn)行不同角度的散射。該試驗(yàn)系統(tǒng)能夠?yàn)楹教炱魍饴恫牧显友醐h(huán)境效應(yīng)仿真分析模型及軟件參數(shù)的設(shè)定提供依據(jù)，通過(guò)該試驗(yàn)系統(tǒng)得到的原子氧侵蝕率測(cè)量結(jié)果為航天器非暴露表面材料的設(shè)計(jì)及選擇奠定了基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)G01N5/04GK102706312SQ20121021986
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者劉向鵬, 姜海富, 孫繼鵬, 李濤, 翟睿瓊 申請(qǐng)人:北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所