一种用于航天器的聚合材料空间综合环境效应地面模拟试验方法技术

一种用于航天器的聚合材料空间综合环境效应地面模拟试验方法，涉及空间环境效应领域。本发明专利技术是为了解决现有缺少采用地面模拟方式对单因素和多因素影响空间航天器的聚合物及其复合材料进行全面研究的问题。本发明专利技术通过选择控制真空度、控制热循环温度，并且将电子能量及通量、质子能量及通量、重离子能量及通量同时加入密封腔体内或者按照顺序依次加入电子能量及通量、质子能量及通量、重离子能量及通量，来达到聚合物及其复合材料空间综合环境效应地面模拟的目的。它用于地面模拟聚合物材料受空间综合环境的损伤程度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及聚合物材料空间综合环境效应的地面模拟试验，特别涉及可以在聚合物材料中产生空间综合环境效应的试验方法，属于空间环境效应领域。
技术介绍
自1957年人类利用航天器进行空间探测和研究活动以来，在空间科学、航天技术及空间资源利用等领域取得了举世瞩目的成就。半个多世纪以来，人类进行了大量空间探索、开发与资源利用，已先后发射5000余颗各种应用卫星，建造了“和平号”和α-空间站及航天飞机，向月球发射了130余颗卫星与探测器，向火星发射了几十颗卫星和探测器，进行了大量的航天活动，为拓展人类生存和发展空间做出了巨大贡献。人类的航天活动，有成功的经验，也有失败的教训。据统计，空间环境导致航天器出现故障的概率占50％以上。航天器是由大量材料和器件组成的多功能复杂系统。当航天器在空间轨道环境下服役时，不同材料和器件会产生环境效应，对航天器系统的功能和服役状态产生影响。在轨服役数据分析表明，航天器用聚合物及其复合材料可能由于空间环境的作用发生故障甚至失效。空间环境因素涉及：真空、太阳电磁辐射、太阳宇宙线、银河宇宙线、地球辐射带、地球磁场、温度热交变、空间原子氧、微流星体及空间碎片等多种因素。其中，聚合物及其复合材料最为敏感的空间环境因素为真空、热循环及带电粒子辐射。空间环境与航天器相互作用发生在太空，直接实验研究难度大，所需成本费用高。解决问题的最基本途径是在地面模拟空间环境与效应。通过地面模拟试验的研究，揭示空间环境与材料和器件相互作用的基本规律，阐明空间环境效应的基本特征与机理，并将所获得的研究成果用于指导空间应用。因此，为了有效地展开空间材料科学技术研究，十分需要建立聚合物材料空间综合环境效应地面模拟试验方法。目前，人类积累了许多空间单因素环境下聚合物及其复合材料地面模拟试验方法，成为人类探索认识空间材料科学问题的重要依据，也为各国航天事业的发展作出了不可替代的贡献。但是，这些研究均未能全面实现聚合物及其复合材料空间综合环境效应研究。为此，需要在科学上实现空间综合环境与聚合物材料作用基本理论和方法研究，揭示空间综合环境下聚合物材料结构演化的基本规律与各种空间环境综合效应的物理本质，建立空间综合环境下聚合物及其复合材料地面模拟试验的方法。该方法可为我国开展空间材料科学技术基础性、前瞻性研究发挥重大作用。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有缺少采用地面模拟方式对单因素和多因素影响空间航天器的聚合物及其复合材料进行全面研究的问题。现提供一种用于航天器的聚合材料空间综合环境效应地面模拟试验方法。一种用于航天器的聚合材料空间综合环境效应地面模拟试验方法，所述方法，包括：步骤一、将温度控制装置和温控试样台放置在密封腔体内，温度控制装置用于对温控试样台进行温度控制，温度控制装置引线利用密封腔体内的真空插头进行连接；步骤二、准备一个厚度为t的待测聚合材料试验样品，测试该样品的初始性能参数，然后将该样品放置在温控试样台上；步骤三、对步骤二中的试验样品，选择入射电子、入射质子及入射重离子的能量，其中，对试验样品入射电子、入射质子及入射重离子能量的入射深度为大于2t，质子及重离子对试验样品的入射方向应垂直于试验样品上表面，电子的入射方向与试验样品法向的夹角应在45°角以内，并且，质子、重离子及电子的辐照不均匀度应小于10％，质子、重离子及电子对试验样品的辐照面积应当完全覆盖住整个试验样品，然后采用软件进行计算仿真；步骤四、将密封腔体抽真空；步骤五、通过温度控制装置对温控试样台上的试验样品进行多次热循环试验后，再对试验样品进行入射电子、入射质子及入射重离子的辐照试验或者对试验样品同时进行热循环试验和入射电子、入射质子及入射重离子的辐照试验，其中，对试验样品进行入射电子、入射质子及入射重离子的辐照试验分为同时对试验样品入射电子、入射质子及入射重离子的能量和通过入射顺序依次对试验样品入射电子、入射质子及入射重离子；步骤六、根据步骤一至步骤五，模拟出空间辐照对航天器外表面的聚合材料的损伤程度，作为实际空间综合环境对聚合材料的作用效应。本专利技术的有益效果为：航天器外表面用的聚合物及其复合材料主要受到真空、热循环及带电粒子辐照等空间环境因素的影响。本专利技术通过选择控制真空度、控制热循环温度，并且将电子能量及通量、质子能量及通量、重离子能量及通量同时加入密封腔体内或者按照顺序依次加入电子能量及通量、质子能量及通量、重离子能量及通量，来达到聚合物及其复合材料空间综合环境效应地面模拟的目的。本专利技术的应用不同类型地面单因素及多因素环境，步骤简单，易于操作。本专利技术所提出的技术途径能够大幅度降低试验的费用，对聚合物及其复合材料空间环境效应地面模拟试验和研究具有重大的意义。在空间环境效应研究与抗辐照加固技术应用中，有着明显的优势和广泛的应用前景。附图说明图1为电子、质子及α离子在特氟龙材料中的射程图，附图标记1表示电子，附图标记2表示质子，附图标记3表示α离子；图2为不同剂量电子辐照时，真空、热循环对特氟龙材料性能影响的曲线对比图；图3为相同剂量电子辐照时，不同热循环次数对特氟龙材料性能影响的曲线对比图；图4为5MeV质子、1MeV电子及热循环共同作用特氟龙材料的试验曲线图。具体实施方式具体实施方式一：参照图1至图4具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种用于航天器的聚合材料空间综合环境效应地面模拟试验方法，所述方法，包括：步骤一、将温度控制装置和温控试样台放置在密封腔体内，温度控制装置用于对温控试样台进行温度控制，温度控制装置引线利用密封腔体内的真空插头进行连接；步骤二、准备一个厚度为t的待测聚合材料试验样品，测试该样品的初始性能参数，然后将该样品放置在温控试样台上；步骤三、对步骤二中的试验样品，选择入射电子、入射质子及入射重离子的能量，其中，对试验样品入射电子、入射质子及入射重离子能量的入射深度为大于2t，质子及重离子对试验样品的入射方向应垂直于试验样品上表面，电子的入射方向与试验样品法向的夹角应在45°角以内，并且，质子、重离子及电子的辐照不均匀度应小于10％，质子、重离子及电子对试验样品的辐照面积应当完全覆盖住整个试验样品，然后采用软件进行计算仿真；步骤四、将密封腔体抽真空；步骤五、通过温度控制装置对温控试样台上的试验样品进行多次热循环试验后，再对试验样品进行入射电子、入射质子及入射重离子的辐照试验或者对试验样品同时进行热循环试验和入射电子、入射质子及入射重离子的辐照试验，其中，对试验样品进行入射电子、入射质子及入射重离子的辐照试验分为同时对试验样品入射电子、入射质子及入射重离子的能量和通过入射顺序依次对试验样品入射电子、入射质子及入射重离子；步骤六、根据步骤一至步骤五，模拟出空间辐照对航天器外表面的聚合材料的损伤程度，因此，作为实际空间综合环境对聚合材料的作用效应。本实施方式中，采用多种方式模拟空间综合环境，第一种为：在真空腔体内先进行热循环，在加入电子、入射质子或者入射重离子中的一种物质，第二种为：在真空腔体内同时进行热循环和加入电子、入射质子或者入射重离子中的一种物质，第三种为：在真空腔体内先进行热循环，然后依次加入入射电子、入射质子和入射重离子，其中，电子、质子和重离子的加入顺序可以调节，第四种为：在真空腔体内同时进行热循环和加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于航天器的聚合材料空间综合环境效应地面模拟试验方法，其特征在于，所述方法，包括：步骤一、将温度控制装置和温控试样台放置在密封腔体内，温度控制装置用于对温控试样台进行温度控制，温度控制装置引线利用密封腔体内的真空插头进行连接；步骤二、准备一个厚度为t的待测聚合材料试验样品，测试该样品的初始性能参数，然后将该样品放置在温控试样台上；步骤三、对步骤二中的试验样品，选择入射电子、入射质子及入射重离子的能量，其中，对试验样品入射电子、入射质子及入射重离子能量的入射深度为大于2t，质子及重离子对试验样品的入射方向应垂直于试验样品上表面，电子的入射方向与试验样品法向的夹角应在45°角以内，并且，质子、重离子及电子的辐照不均匀度应小于10％，质子、重离子及电子对试验样品的辐照面积应当完全覆盖住整个试验样品，然后采用软件进行计算仿真；步骤四、将密封腔体抽真空；步骤五、通过温度控制装置对温控试样台上的试验样品进行多次热循环试验后，再对试验样品进行入射电子、入射质子及入射重离子的辐照试验或者对试验样品同时进行热循环试验和入射电子、入射质子及入射重离子的辐照试验，其中，对试验样品进行入射电子、入射质子及入射重离子的辐照试验分为同时对试验样品入射电子、入射质子及入射重离子的能量和通过入射顺序依次对试验样品入射电子、入射质子及入射重离子；步骤六、根据步骤一至步骤五，模拟出空间辐照对航天器外表面的聚合材料的损伤程度，作为实际空间综合环境对聚合材料的作用效应。...

【技术特征摘要】
1.一种用于航天器的聚合材料空间综合环境效应地面模拟试验方法，其特征在于，所述方法，包括：步骤一、将温度控制装置和温控试样台放置在密封腔体内，温度控制装置用于对温控试样台进行温度控制，温度控制装置引线利用密封腔体内的真空插头进行连接；步骤二、准备一个厚度为t的待测聚合材料试验样品，测试该样品的初始性能参数，然后将该样品放置在温控试样台上；步骤三、对步骤二中的试验样品，选择入射电子、入射质子及入射重离子的能量，其中，对试验样品入射电子、入射质子及入射重离子能量的入射深度为大于2t，质子及重离子对试验样品的入射方向应垂直于试验样品上表面，电子的入射方向与试验样品法向的夹角应在45°角以内，并且，质子、重离子及电子的辐照不均匀度应小于10％，质子、重离子及电子对试验样品的辐照面积应当完全覆盖住整个试验样品，然后采用软件进行计算仿真；步骤四、将密封腔体抽真空；步骤五、通过温度控制装置对温控试样台上的试验样品进行多次热循环试验后，再对试验样品进行入射电子、入射质子及入射重离子的辐照试验或者对试验样品同时进行热循环试验和入射电子、入射质子及入射重离子的辐照试验，其中，对试验样品进行入射电子、入射质子及入射重离子的辐照试验分为同时对试验样品入射电子、入射质子及入射重离子的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兴冀，刘超铭，马国亮，杨剑群，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23