火星探测着陆巡视器用一体化天线保护罩及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种火星探测着陆巡视器用一体化天线保护罩及其制备方法，通过罩体成型模具制造、石英/聚酰亚胺预浸料制备、罩体铺层、层间缝合、亚胺化、固化、脱模、机械加工、罩体外弧面喷涂防隔热漆、罩体内弧面脉冲喷射金属铝层和镀印天线系统等步骤实现。本发明专利技术的天线保护罩具有轻质、耐370℃高温、透波、耐空间环境、结构承载多功能一体化的特性；同时，采用罩体外弧面喷涂防隔热漆和内弧面脉冲喷射金属涂层的耦合技术，通过外表面防隔热漆隔热、中间罩体基材耐热、内表面金属涂层反射热量的多梯度防隔热的方式，解决了着陆巡视器坠入火星大气层时急剧升温造成内部天线不能正常工作的难题。

Integrated antenna protective cover for Mars probe landing inspector and its preparation method

The invention provides an integrated antenna protection cover for the Mars exploration and landing inspector and its preparation method, and through the mold manufacturing of the mask body molding, the preparation of quartz / polyimide prepreg, the cover layer, the interlayer suture, imimide, curing, demoulding, mechanical processing, the shield in vitro arc surface spraying anti heat paint and the veined veined veins in the cover body. The metal aluminum layer is sprayed and the antenna is printed and printed. The antenna protection cover of the invention has the characteristics of light quality, high temperature resistance at 370 C, wave penetration, space environment and multi function integration of the structure. At the same time, the coupling technology of the outer surface spraying anti insulation paint and the inner arc surface pulse injection metal coating is used, and the heat insulation of the outer surface insulation, the heat resistant of the middle cover body base material, and the inner surface are heat-resistant. The multi gradient and anti heat method of reflecting heat on the surface of the surface metal coating has solved the problem of the unnormal operation of the internal antenna caused by the sudden warming of the landing patrol aircraft when it falls into the Martian atmosphere.

【技术实现步骤摘要】
火星探测着陆巡视器用一体化天线保护罩及其制备方法
本专利技术涉及一种复合材料结构成型工艺方法领域，特别是火星探测着陆巡视器用多功能一体化天线保护罩系统制备方法。
技术介绍
目前，以火星等为代表的深空探测飞行器为了保证远距离正常有效工作，可靠性高、抗干扰性能好的高性能空间天线系统势必成为深空探测飞行器的重点研制方向，天线保护罩系统作为整个深空探测器天线系统最外围的第一道屏障，是保护探测器内部天线系统正常稳定工作的关键部段，不仅要在探测器飞往目标的行程中耐受苛刻的空间环境保证信号的有效传输，还要在探测器到达目标后高速着陆时承受气动加热造成的高温(≥320℃)以及着陆过程动载荷的冲击。故该天线保护罩系统所具备和同时满足的功能越来越多，既满足透波的同时又要满足耐高温、隔热以及强度的要求，尤其需要耐受苛刻的空间环境：耐空间辐照、耐高低温循环、耐原子氧、耐空间质损、低放气率、低可凝挥发物等。此外，由于深空探测器各系统内部空间紧凑，元器件集成化程度高，因此，还需满足轻质、装配界面少的要求。目前，空间飞行器常用的天线保护罩多为环氧/玻璃钢类、氰酸脂/玻璃钢类和无机陶瓷类材料。轻质高强的环氧/玻璃钢类和氰酸脂/玻璃钢类天线保护罩使用温度不高于200℃，故受其使用温度制约存在很大的应用局限性。此外，环氧/玻璃钢类和氰酸脂/玻璃钢类复合材料耐空间环境有其各自的不足，特别是耐受空间高低温循环性能较差，其构件尺寸稳定性差。无机陶瓷类天线罩可以满足耐温要求，但重量大、易脆裂、成型周期长、机加性能差等缺点制约其应用。石英/聚酰亚胺天线保护罩具有优异的耐热性和力学性能，比强度高，介电性能好，具有宽温宽频的特性，透波性能及耐空间环境性能优异，但石英/聚酰亚胺这种深空探测器用多功能一体化天线保护罩在国内未见报道。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种火星探测着陆巡视器用一体化天线保护罩及其制备方法，制备的天线保护罩具有轻质、耐370℃高温、透波、耐空间环境、结构承载多功能一体化的特性，解决了着陆巡视器坠入火星大气层时急剧升温造成内部天线不能正常工作、弧面薄壁壳体类复合材料构件开口变形的难题，减少了内部天线系统装配连接界面，既避免了不同材料间的线胀热匹配问题，又节省了内部空间。本专利技术的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：一种火星探测着陆巡视器用一体化天线保护罩，包括罩体、防隔热漆、金属铝层、天线；罩体为弧形板结构，外弧面喷涂防隔热漆，在内弧面中间指定区域内设置金属铝层，天线设置在金属铝层上。所述防隔热漆的材料为空心微球硅橡胶材料，密度范围为0.20～0.35g/cm3，介电常数在3.0～3.3范围内，损耗角正切≤0.008。所述金属铝层采用脉冲喷射工艺涂镀，铝层厚度范围为0.1～0.3mm。所述罩体边缘分布有安装孔。一种火星探测着陆巡视器用一体化天线保护罩的制备方法，包括以下步骤：步骤一、根据罩体的形状，制造罩体成型模具，并对罩体成型模具经过高温氧化处理，使得罩体成型模具的成形面的表面粗糙度保持在3.0～3.3范围内；所述罩体成型模具包括主体阳模、弧形阴模和侧向挡边模，主体阳模的弧线成形面与弧形阴模的弧形成形面分别与罩体的外弧面、内弧面对应，侧向挡边模连接主体阳模四周边缘，弧形阴模能够上下移动；步骤二、制备石英/聚酰亚胺预浸料，石英/聚酰亚胺预浸料为聚酰亚胺树脂胶液浸渍后的石英增强纤维织物；具体制备方法为：将聚酰亚胺树脂胶液和石英增强纤维织物按照(1.5～2.8):1的质量配比进行混合浸渍，浸渍完全后室温晾置18～30h后，覆盖带有导气通道的尼龙网格薄膜；步骤三、在主体阳模表面进行石英/聚酰亚胺预浸料铺层，铺层时保证每层的预浸料纤维方向一致，得到罩体预制体；步骤四、对罩体的预制体进行层间缝合；将侧向挡边模安装在主体阳模周围，用弧形阴模压紧主体阳模；步骤五、清除罩体预制体内多余的聚酰亚胺树脂胶液；步骤六、对罩体预制体进行固化；步骤七、依次拆除弧形阴模、侧向挡边模和主体阳模，得到罩体毛坯件；步骤八、采用数控机床对罩体毛坯件的外形尺寸进行加工，并在罩体(1)边缘加工安装孔；步骤九、在罩体外弧面喷涂防隔热漆，控制防隔热漆的厚度为2～2.5mm，喷涂防隔热漆后对罩体进行室温固化，室温固化时间为12～16天，环境相对湿度保持在80～90％；步骤十、在真空无氧状态下，将真空度控制在100～110Pa范围内，在罩体内弧面中部指定区域内脉冲喷射金属铝层；步骤十一、在金属铝层镀印上天线，在金属铝层上镀印天线时，将镀印天线的电阻值控制在2～10Ω。所述步骤二中，石英增强纤维织物为SiO2纯度为98.00％～99.95％的D型、C型、B型或A型石英织物，纤维面密度为80～230g/m2，经纬密为16×16或20×20。所述步骤四中，对罩体的预制体进行层间缝合时，所使用缝合线材为石英纤维单丝，采用“Z”字型走针线路进行缝合，缝合过程中所用的石英纤维单丝为一根连续的石英纤维单丝，不允许断开和拼接。所述步骤五中，清除多余的聚酰亚胺树脂胶液的工艺为：升温速率为30～50℃/h，预压实温度为60-110℃，保温时间为10min～30min，压力为0.2～0.6MPa，含胶量控制在45％～65％，真空表压≤-0.098MPa。所述步骤六中，固化工艺为：升温速率为20～50℃/h，加压温度为210～250℃，固化温度为330～380℃，保温时间为1～4h，压力为0.8～1.1MPa，真空表压≤-0.097MPa。所述步骤七中，拆除弧形阴模、侧向挡边模和主体阳模时，环境温度控制在30～50℃范围内。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：(1)本专利技术采用罩体整体铺层、层间缝合增强的方式，利用热压罐成型工艺一次整体成型，制备的该复合材料保护罩具有轻质、耐370℃高温、透波、耐空间环境、结构承载多功能一体化的特性；(2)本专利技术采用罩体外弧面喷涂防隔热漆和内弧面脉冲喷射金属涂层的耦合技术，通过外表面防隔热漆隔热、中间罩体基材耐热、内表面金属涂层反射热量的多梯度防隔热的方式，解决了着陆巡视器坠入火星大气层时急剧升温造成内部天线不能正常工作的难题；(3)本专利技术采用成型模具形状补偿的方式，解决了弧面薄壁壳体类复合材料构件开口变形的难题，保证了产品外形尺寸；(4)本专利技术采用天线系统直接镀印集成在保护罩的连接方式，减少了内部天线系统装配连接界面，既避免了不同材料间的线胀热匹配问题，又节省了内部空间。(5)本专利技术采用数字化激光投影定位制孔再行机械加工罩体外形尺寸的方式解决孔边距小导致的豁口难题，又保证了整个罩体的装配精度。附图说明图1为本专利技术天线保护罩剖视图；图2为本专利技术天线保护罩俯视图；图3为本专利技术罩体成型模具的示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的描述：本专利技术提供了一种火星探测着陆巡视器用一体化天线保护罩及其制备方法，通过罩体成型模具制造、石英/聚酰亚胺预浸料制备、罩体铺层、层间缝合、亚胺化、固化、脱模、机械加工、罩体外弧面喷涂防隔热漆、罩体内弧面脉冲喷射金属铝层和镀印天线系统等步骤实现。本专利技术采用罩体整体铺层、层间缝合增强的方式，利用热压罐成型工艺一次整体成型，制备的该罩体具有轻质、耐370℃高温、透波、耐空间环境、结构承载多功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种火星探测着陆巡视器用一体化天线保护罩，其特征在于，包括罩体(1)、防隔热漆(2)、金属铝层(3)、天线(4)；罩体(1)为弧形板结构，外弧面喷涂防隔热漆(2)，在内弧面中间指定区域内设置金属铝层(3)，天线(4)设置在金属铝层(3)上。

【技术特征摘要】
1.一种火星探测着陆巡视器用一体化天线保护罩，其特征在于，包括罩体(1)、防隔热漆(2)、金属铝层(3)、天线(4)；罩体(1)为弧形板结构，外弧面喷涂防隔热漆(2)，在内弧面中间指定区域内设置金属铝层(3)，天线(4)设置在金属铝层(3)上。2.根据权利要求1所述的一种火星探测着陆巡视器用一体化天线保护罩，其特征在于：所述防隔热漆(2)的材料为空心微球硅橡胶材料，密度范围为0.20～0.35g/cm3，介电常数在3.0～3.3范围内，损耗角正切≤0.008。3.根据权利要求1或2所述的一种火星探测着陆巡视器用一体化天线保护罩，其特征在于：所述金属铝层(3)采用脉冲喷射工艺涂镀，铝层厚度范围为0.1～0.3mm。4.根据权利要求3所述的一种火星探测着陆巡视器用一体化天线保护罩，其特征在于：所述罩体(1)边缘分布有安装孔(6)。5.一种火星探测着陆巡视器用一体化天线保护罩的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、根据罩体(1)的形状，制造罩体成型模具，并对罩体成型模具经过高温氧化处理，使得罩体成型模具的成形面的表面粗糙度保持在3.0～3.3范围内；所述罩体成型模具包括主体阳模(7)、弧形阴模(8)和侧向挡边模(9)，主体阳模(7)的弧线成形面与弧形阴模(8)的弧形成形面分别与罩体(1)的外弧面、内弧面对应，侧向挡边模(9)连接主体阳模(7)四周边缘，弧形阴模(8)能够上下移动；步骤二、制备石英/聚酰亚胺预浸料，石英/聚酰亚胺预浸料为聚酰亚胺树脂胶液浸渍后的石英增强纤维织物；具体制备方法为：将聚酰亚胺树脂胶液和石英增强纤维织物按照(1.5～2.8):1的质量配比进行混合浸渍，浸渍完全后室温晾置18～30h后，覆盖带有导气通道的尼龙网格薄膜；步骤三、在主体阳模(7)表面进行石英/聚酰亚胺预浸料铺层，铺层时保证每层的预浸料纤维方向一致，得到罩体(1)预制体；步骤四、对罩体(1)的预制体进行层间缝合；将侧向挡边模(9)安装在主体阳模(7)周围，用弧形阴模(8)压紧主体阳模(7)；步骤五、清除罩体(1)预制体内多余的聚酰亚胺树脂胶液；步骤六、对罩体(1)预制体进行固化；步骤七、依次拆除弧形阴模(8)、侧向挡边模(9)和主体阳模(7)，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔超，潘玲英，郭鸿俊，李林雪，孙宝岗，王保林，赵伟栋，蒋文革，赵建设，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11