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航天空间环境
发布时间:2016-04-28来源于:本站阅读次数:163
【摘要】1.航天器空间环境 层亚爆环境、原子氧环境、宇宙尘以及超高真空环境,环师,家环境极方复务,包括大阳保制K的冷用背贷天然及人为银射,。航天器表面材料与外裸器件及部件,各种星载仪器在这种综合环境成单一环境作用下会道成机伤,甚至失灵卫原生这类事故,在航天史上是屋见不鲜的,以至造成整星报废。字宙飞船受环境




1.航天器空间环境

  层亚爆环境、原子氧环境、宇宙尘以及超高真空环境,环师,家环境极方复务,包括大阳保制K的冷用背贷天然及人为银射,。航天器表面材料与外裸器件及部件,各种星载仪器在这种综合环境成单一环境作用下会道成机伤,甚至失灵卫原生这类事故,在航天史上是屋见不鲜的,以至造成整星报废。字宙飞船受环境的影响,同样会发生事故,甚至会危及航天员的生命。为此,必须在地面上建立各种空间环境模报设备进行大量的模拟试验,用以发现存在的隐患,确保航天器的安全。

(1)地球大气层

  航天器发射阶段,人轨前的上升阶段,以及返回地面阶段均与大气层相关,在模拟试验里要充分考虑大气密度、温度以及其他参数对航天器的影响。

  大气压力随着距地面高度不同而变化,高度越高,压力越低。如低地球轨道侦察卫星,轨道高度般小于 2000km, 环境压力约为10-9Pa量级。离地表最近时 为200~ 300km,所对应的环境压力约为10-4~10-5Pa。地球观测气象卫星大多数选择太阳同步轨道,距地面高度小于6000km,压力约为10-10Pa量级。地球同步轨道的通信卫星、气象卫星、导航卫星,高度为36000km,环境压力约10-11Pa量级。

  由上述可见,航天器运行的环境多为超高真空或高真空环境,地面模拟根据不同的使用要求选择真空度。

      航天器运行时除重要的真空环境外,还有空间热环境。大气层依据距地面的高度,依次是对流层、平流层、中间层、热层(电离层)、外大气层以及星际空间。温度垂直分布规律是:随着高度的升高,大气温度先是下降,而后升高。在50km处,大气温度下降至0℃左右。至80km时温度降至一100℃左右。再往上进人所谓热层,大气中的氧分子及氧原子受到太阳紫外辐射被加热,温度可达几百度,甚至千多度。 在50km以上,温度不再随着高度而变化了。尽管分子温度很高,即平均动能很大,但分子密度很低,只有大气压下分子密度的几十亿分之一,与航天器的碰撞次数很少,自由分子加热可以忽略。通常只有100km以下的航天器才考虑自由分子加热.

2.真空环境
如上所述,随着商地面高度的增加,气体越来越稀,这种高真空或服高真空环境对航天器的影响如下所述。
(1)真空对换热的影响
众所周知,换热方式有三种形式,即对流换热,热传导及辐射换热。在大气压中三种形式均存在,而真空环境,当压力低于1X10-1Pa量级时,传净和对流换热可以忽略了,只有辐射换热。因而,航天器在轨运行时,与太空环境之间的换热只有辐射换热种方式,卫星是航天器的一种,一般是非密封结构,舱内也是真空状态,构件之间的换热方式有辐射换热及热传导换热。需注意的是真空下两个构件之间接触面,由于表面相精度及位置公差的影响,均为点或线接触,导热较差,做热设计时需充分考虑这种特殊条件。
(2) 超高真空下产生冷焊
在轨航天器环境真空度很高,通常处于超高真空环境。如通信卫星、导航卫星、气象卫星所处环境的真空度为10-10~10-11Pa量级。在这种真空度下,可以得到非常清洁的表面,气体分子与这种表面之间的作用,形成单分子层的时间约数百小时,可以认为是设任何污染的清洁表面。这种清洁金属表面之间的接触,原子之间会产生稳定的金属键,或者在一定温度下,表面原子热运动,使两接触面的原子产生热扩散,将两个表面粘在起, 这种现象称为冷焊。航天器上各种运动部件,即使是有润滑处理的运动件,由于润滑物质在真空状态下不断地蒸发或升华,会使表面变得非常清洁,产生冷焊或滞涩现象,影响使用功能。因面,航天器运动部件必须要有防冷焊措施。即使是热控机构的运动部件也应该特别重视冷焊问题。
(3) 真空中的放电现象
大气压或低气压环境的气体均有一-定的绝缘强度,如果两个电极之间的电压超过某一值,或者电压不变,而极间距离小于某值后,极间气体被击穿,产生放电。这种气体放电是由丁金属中的电子在电场的作用卜被逸出,碰撞气体原子或分子,使其电离而产生的。卫星舱内的仪器有时会处于1000 ~0.1Pa的低气压环境,在此压力下,最易产生放电现象.故星载仪器特别是航天器发射上升阶段必须工作或通电的电子仪器,需要在地面做低气压放电试验。
当压力为10-2Pa或更低时,兩电极之间的空间自由电子在电场的作用下,以一定的能量人射到金属表面,会产生二次电子,形成稳态放电,即微放电。当金属受到电了轰击后,引起温度升高,产生放气,使附近气体压力升高,甚至产生电晕放电,即电弧放电。射频波导管可能由于微放电,使其性能受损,
(4)真空环境材料蒸发与升华
各种材料的蒸发与升华均与温度及真空度有关,温度愈高蒸发或升华量愈大,即通常称为质损大。航天器在空间运行时,时而处于太阳辐射区,时而处于地球阴影区,环境温度变化很大,一般在- 100~ + 100C范围内。在高温下引起有机材料大量质损,如热控涂层及导热脂的有机挥发物会污染航天器其他装置。尤其是光学器件对污染很敏感,如相机镜头、太阳电池,污染后会使其性能下降,甚至失灵。
航天器材料标准中规定,每年的质损量小于1%。



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