3.9 離子發(fā)動機試驗設(shè)備
離子發(fā)動機是航天技術(shù)中一種新的推進裝置， 用于各類衛(wèi)星、 空間探測器、姿態(tài)控制和星際航行等方面。中國研制的以汞, 氛為工質(zhì)的離子發(fā)動機，都是將工質(zhì)電離成等離子體并被加速而噴射作為推進動力。因此， 對離子發(fā)動機的性能進行測試與研究， 需要在高真空條件下進行。由于影響離子發(fā)動機性能的參數(shù)有數(shù)十個之多，各參數(shù)之間又互相影響、 相互關(guān)聯(lián)，因而使離子推力器的研究與試驗變得十分復(fù)雜。為了模擬、 檢測離子發(fā)動機在宇宙空間的工作特性，中國從1976--1982年先后研制了5種離子發(fā)動機試驗設(shè)備。其中二TS一1型設(shè)備直徑500mm、長600mm，主要進行顯離子源的放電性能試驗; TS--2型設(shè)備直徑800mm、長1000mm，極限真空度1.3x 10-5 Pa，工作壓力2.7X10-3 Pa，主要用于離子源空心陰極性能試驗; TS-3型設(shè)備，用來測量離子發(fā)動機束流特性、電特性、工質(zhì)流特性以及總體性能， 以期得到最佳結(jié)構(gòu)和工作參數(shù); TS一4型設(shè)備，主艙直徑1000mm，極限真空度6.7x10-5Pa，工作壓力為2x10-6x10-5Pa，用作離子發(fā)動機壽命試驗; TS一5型設(shè)備， 整機尺寸4100x 2300 mm x1900 mm，極限真空度6.7x10-5Pa，工作壓力為2x10-4Pa ，用作陰極、蒸發(fā)器及中和器組件壽命試驗。這5種試驗設(shè)備的建立， 使中國的離子發(fā)動機性能試驗手段基本配套， 成為完整的獨立體系。
TS-3型設(shè)備， 主要性能為: 直徑1000 mm，長1800 mm， 極限真空度1. 3x10-4Pa，工作壓力為2x10-4 ~4x 10-4 Pa 。該設(shè)備主要由工作室、 傳動機構(gòu)、 抽氣系統(tǒng)、液氮系統(tǒng)及電氣控制等組成， 配有離子發(fā)動機工作時整套電源及檢測設(shè)備，裝有液氮熱沉及大面積液態(tài)冷阱， 能模擬宇宙空間狀態(tài)和排除大量汞蒸汽和防護汞中毒。工作室分為主艙和副艙，中間用一個直徑為400mm的插板閥隔開。主艙內(nèi)部周圍有熱沉冷壁和各種測試裝置， 熱沉壁溫80 K。副艙內(nèi)部裝有推力架。工作時，推力架將離子發(fā)動機推人主艙進行試驗。抽氣系統(tǒng)選用油擴散泵機組，油擴散泵及其泵芯都采用不銹鋼材料制成， 以防工質(zhì)汞的腐蝕。電控系統(tǒng)可對裝置運行、真空低溫等環(huán)境參數(shù)進行控制，有自動報普系統(tǒng)，用Z -80微機系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集和處理。該裝置于1978年建成并投人使用。設(shè)備性能良 好，達到國外同類設(shè)備性能水平。
3. 10航天器杭輻射加固模擬設(shè)備
航天器抗輻射加固技術(shù)是航天器實現(xiàn)長壽命、 高可靠的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于航天器長期在空間環(huán)境中運行， 空間輻射環(huán)境在航天器上產(chǎn)生累積劑量效應(yīng)、單粒子效應(yīng)、充放電和電磁干擾效應(yīng)等，會造成航天器材料和元器件性能的退化甚至失效， 從而影響航天器的性能和工作壽命。航天器抗輻射加固技術(shù)的任務(wù)就是研究空間輻射環(huán)境對航天器的影響和效應(yīng)，找出相應(yīng)的防護技術(shù)和加固技術(shù)，以確保航天器在預(yù)定的工作壽命期間可靠地工作。其主要研究內(nèi)容包括:空間輻射環(huán)境研究， 空間輻射效應(yīng)研究，空間輻射效應(yīng)加固技術(shù)研究，空間輻射環(huán)境和輻射效應(yīng)模擬技術(shù)研究，抗輻射加固技術(shù)空間飛行驗證試驗等。
中國的空間抗輻射加固 模擬設(shè)備研制始于20世紀(jì)70年代末期， 并建立了以1.5MeV電子源為中心的航天器放電研究試驗設(shè)備; 20世紀(jì)80年代末期到20世紀(jì)90年代中期， 先后建立了采用大面積電子槍的專用輻照試驗設(shè)備，低能質(zhì)子輻照試驗設(shè)備，CF-252源單粒子效應(yīng)模擬試驗設(shè)備和電磁脈沖模擬試驗設(shè)備; 20世紀(jì)90年代末期，為進一步提高中國空間輻射效應(yīng)和航天器抗輻射加固技術(shù)研究試驗水平，中國從俄羅斯引進了一批空間輻射效應(yīng)研究試驗設(shè)備。這些設(shè)備包括: 以0.8--2.5MeV電子加速器為中 心的空間材料、 元器件和單機輻射效應(yīng)試驗設(shè)備， 航天器充放電研究試驗設(shè)備， 激光單粒子效應(yīng)研究試驗設(shè)備和以空間輻射環(huán)境因素為主的多因素空間環(huán)境研究試驗設(shè)備。
3.11宇航員訓(xùn)練試驗設(shè)備
宇航員訓(xùn)練試驗設(shè)備是為宇航員在上天之前模擬空間環(huán)境而設(shè)置的地面模擬設(shè)備。中國于1968--1976年研制成功第一臺航天飛船模擬艙，為中國載人航天機構(gòu)提供了航天生命保障系統(tǒng)。該艙在解決了飛船密封座艙體內(nèi)氣體成分與壓力控制、濕度、溫度控制、氣體凈化、通風(fēng)、 噪音等一系列技術(shù)問題后，可以對載人飛船、 航天飛機和空間站的微小氣候進行工程和醫(yī)學(xué)研究，可以對宇航員進行選拔和訓(xùn)練(包括宇航員的生活制度、飲食制度及能量代謝訓(xùn)練) ，可以對航天器的空氣再生、 凈化等生命保障系統(tǒng)和測試設(shè)備進行考驗和試驗研究，還可以模擬特殊環(huán)境下(高溫、 低壓、 缺氧等環(huán)境條件) 對正常人的工作效率及環(huán)境傷害進行試驗研究。
設(shè)備的技術(shù)性能: a. 船體尺寸: φ2800 mm × 7000 mm; b. 真空度: 1.0x105 2.5x 104(可達4 x 103) Pa; c.通風(fēng)量: 1500-3000 m3/h; d.加熱: 5~4 0℃; e.濕度: 相對濕度15%~85%; f. 消音后的噪聲: 白天小于70 dB, 夜間小于60 dB; g. 高氧:氧濃度大于98%。設(shè)備主要包括; 船體、 真空抽氣系統(tǒng)(水環(huán)泵、機械泵)、通風(fēng)系統(tǒng)、加熱、去濕、消音、二氧化碳吸附器、 水冷卻系統(tǒng)、 電源控制系統(tǒng)等。
該設(shè)備研制成功后， 曾對中國首批宇航員進行了為期14晝夜的地面試驗， 圓滿地完成了各項試驗任務(wù)。測試證明: 設(shè)備的主要性能指標(biāo)達到了設(shè)計要求。
3.12 X射線望遠鏡空間模擬檢測設(shè)備
它是1臺總長70m的大型清潔超高真空空間環(huán)境試驗設(shè)備，主要用于X射線望遠鏡(太空望遠鏡)鏡頭和總體性能的檢測與模擬試驗， 同時還可以用于檢測真空中光速、 精密光學(xué)器件表面的粗糙度等。
該設(shè)備于1982年研制成功，為亞洲第一臺，主要性能(如真空度、無油程度、機械振動等) 均優(yōu)于國外同類設(shè)備，達到近幾年國際水平。
其技術(shù)性能: a.設(shè)備主要尺寸: 檢測腔直徑1.2m、長5.6m，光路管道直徑0.4m、長64m，光源腔I直徑0.5m、長1m，光源腔II直徑0.5m、長1m，總長70 m; b.工作真空: 檢測腔3.2x10 -5 Pa，光源腔3 .6x10-5 Pa，光路管道3.2x10-5Pa; c極限真空: 檢測腔4.8x 10-6Pa，光源腔3.46 x10-5 Pa ,光路管道3.46X 10-5 Pa; d，抽氣時間: 2h 內(nèi)可以從大氣壓抽到2.7 x 10-8Pa，可連續(xù)工作48h以上;。.無油程度: 容器內(nèi)碳氫化合物含量小于1%;f.光路管道準(zhǔn)直度: 小于6mm; g. 振動( 包括基底在內(nèi))
小于。0.87 μm。該設(shè)備由檢測腔、光路管道、光源腔和抽氣系統(tǒng)組成。其中抽氣系統(tǒng): a.主抽氣系統(tǒng): 檢測腔為濺射離子泵(800L/s) 6 臺、 升華欽泵(400 L/s)2臺， 光源腔為濺射離子泵(800 L/s) 2臺(每個光源腔1臺) ，光路管道為濺射離子泵( 600L/s)5臺; b.預(yù)抽氣系統(tǒng): 由分子泵、分子篩阱、活性氧化鋁阱、 機械泵組成，從大氣壓到4kPa直接采用2X一30機械泵抽氣，從4kPa到10 Pa 通過吸附阱與機械泵抽氣， 從10Pa到2.6x 10-3 Pa用1500型分子泵抽氣，這種抽氣系統(tǒng)機械泵油的返流污染少。
4 空間材料的真空效應(yīng)評價
4 . 1 概 述
空間材料的真空效應(yīng)指航天器材料與空間真空環(huán)境的作用。材料的許多性能在真空中有可能發(fā)生變異， 其原因是蒸發(fā)、升華、出氣，從而導(dǎo)致材料的質(zhì)量減少。質(zhì)量減少的百分量稱為“ 質(zhì)量損失” (ML),材料在真空中所減少的那部分質(zhì)量逸出到真空環(huán)境中，改變了真空環(huán)境的狀態(tài)，包括壓力、 密度和粒子的飛行方向。其中， 有些可能在較冷的表面上重新凝結(jié)， 并有可能對航天器敏感表面造成污染。這些重新凝結(jié)的物質(zhì)稱為“ 可凝揮發(fā)物” (VCM) 。航夭器在無際的空間運行， 選材的主要出發(fā)點是: 在額定的壽命期內(nèi)航天器是否能耐受空間真空環(huán)境及材料逸出物對敏感表面的污染程度。空間材料出氣的主要指標(biāo)不是出氣速度和出氣量，而是ML和VCM[5] 。
4.2 中國空間材抖真空效應(yīng)研究的現(xiàn)狀[6]
中國對空間材料的真空效應(yīng)研究始于1963年，并從空間環(huán)境的基本物理過程出發(fā)， 把材料空間效應(yīng)歸納為凝聚相表面相變過程、凝聚相聚體擴散過程、 凝聚相之間交換過程、 凝聚相之間接觸過程，從而開創(chuàng)了具有中國 特色的材料空間效應(yīng)學(xué)科新的方向。1963~1978年， 蘭州物理研究所先后進行了包括材料蒸氣壓測定、材料常溫出氣、材料滲透、材料質(zhì)損、材料超高真空質(zhì)譜分析、材料冷焊試驗、小型綜合環(huán)境材料原位檢漏、 可凝揮發(fā)物分子污染、 金屬材料高溫出氣等9 種材料空間效應(yīng)的試驗，達到了世界先進水平。在材料常溫出氣和金屬材料高溫出氣的基礎(chǔ)理論方面提出了新的“ 擴散理論和“界面層假設(shè)”。在空間材料和零部件的性能試驗方面，1965~1981年開展了衛(wèi)星材料、 元件及防護設(shè)備空間電子輻射模擬研究工作， 開展了空間材料及活動部件的冷焊研究， 開展了空間機械潤滑研究和分子污染監(jiān)測器的研究工作。這些研究工作都取得了有價值的成果。
4.3 航天器教感表面的污染研究
航天器上有許多敏感部件( 如光學(xué)鏡頭、 觀察窗、太陽電池蓋、熱控涂層、繼電器觸點、波導(dǎo)內(nèi)壁等) 表面需要清潔。這些敏感表面盡管在零件制造、 分系統(tǒng)裝配、 總裝過程已保持清潔，但仍有可能在地面熱真空試驗和航天運行期間遭受不同程度的污染。例如， 潤滑用或?qū)嵊玫挠椭瑫ㄟ^表面到達敏感表面;姿態(tài)發(fā)動機噴出的羽狀煙柱、 燃料電池拋出物及工作艙排出的廢物、 廢液會形成明顯的粒子狀污染; 衛(wèi)星本身的非金屬材料在真空中受熱情況下會放出可凝揮發(fā)物， 它們以單分子的形式蒸發(fā)、 升華、 分解逸出，而后以隨機方式沉積在冷的裸露表面上， 形成分子污染等。
污染的后果是嚴(yán)重的。例如美國雙子星座載人飛船觀察窗， 由于未加保護罩，受到嚴(yán)重的羽煙污染。
阿波羅8號飛船進行首次繞月飛行時，由于硅橡膠密封圈污染了大觀察窗， 只好臨時移到污染較小的小觀察窗去照相和拍電視。阿波羅14號飛船密封馬達開關(guān)在飛行期間失效， 其原因經(jīng)追查是一個比豌豆還小的室溫固化硅橡膠在馬達運行時分解出低分子量氣相硅， 與石油基潤滑劑一起在電刷電弧作用下形成碳粒， 增加了電刷痕跡導(dǎo)致馬達失效。
一般來說， 分子污染的來源為航天器上電和熱的彈性絕緣物、真空密封材料、 絕緣結(jié)構(gòu)材料、 黏合劑、液壓油、 熱控涂層的油滲揮發(fā)物、 作為標(biāo)志的油墨、空氣中吸收的水氣和其它化合物、清洗溶劑等。經(jīng)分析，分子量在5 0 以下的永久氣體和低分子量有機化合物揮發(fā)性強， 在敏感表面上一般不會大量凝結(jié)，不影響工作; 分子量800以上的高分子化合物， 只要不分解， 蒸氣壓是很低的， 而大多數(shù)金屬材料蒸氣壓相當(dāng)?shù)停?故不會有可見的污染。因此， 污染成分主要是二氧化碳、水氣、電推進器的汞、 艷等物質(zhì)以及50~800中等分子量的有機物。壽命長的航天器。 即使污染物的分壓力很小，也會迅速地在冷的裸露表面冷壁上形成分子層污染。
分子污染過程包括單個分子揮發(fā)( 出氣) 、 空間輸運以及在敏感表面上冷凝沉積等3 個步驟。就出氣而言， 結(jié)合蒸發(fā)率不難估計。但對于不同摩爾質(zhì)量組成的聚合物材料， 由于低摩爾質(zhì)量分子通過基體材料擴散固化程度不均勻， 蒸氣壓處于非理想和非平衡狀態(tài)， 很難估計出氣率大小。就空間運輸過程而言，污染與敏感表面對污染源距離、 方向和視場有關(guān)。一般認為， 在分子流情況下， 揮發(fā)出來的分子以余弦定律向不同方向飛散。而達到敏感表面的量， 在分子流情況下與離開污染的距離成反比， 與兩者邊線和敏感表面法線之夾角的余弦成正比。對于在敏感表面上冷凝沉積來說， 污染取決于人射分子的特性、 敏感表面的特性及后者的熱力學(xué)溫度。
總之， 污染物如果揮發(fā)率高、 連續(xù)不斷、 離敏感表面近、 視場可見、 方向正對、 黏附機率大、 表面溫度低， 污染會很嚴(yán)重， 甚至?xí)鄯e到可見污物滴液的程度。
4.4空間材料的綜合環(huán)境試驗設(shè)備
( 1 ) 電子輻照下材料質(zhì)損檢測設(shè)備
空間材料經(jīng)電子輻照或未經(jīng)輻照，其在熱真空下的質(zhì)量損失是不同的。材料質(zhì)量損失是航天器選擇結(jié)構(gòu)材料及功能材料的重要指標(biāo)之一，也是評價材料真空性能的首選指標(biāo)。為了考察電子輻照與熱真空環(huán)境對材料的綜合效應(yīng)， 蘭州物理研究所于1974年研制了電子輻照下材料質(zhì)損檢測設(shè)備。該設(shè)備主要用于低軌道衛(wèi)星材料的評價， 其工作原理是在真空中采用卡恩型真空微量天平， 在給定的恒定溫度下對材料質(zhì)量損失的百分比進行原位檢測。其真空度為10-3Pa，溫度范圍低于(50±1) t ; ， 天平的靈敏度為10-5g/mA 。 該設(shè)備由加速器和真空中材料質(zhì)損設(shè)備兩部分構(gòu)成。 在該設(shè)備中，靜電加速器產(chǎn)生的高能電子通過真空鐘罩上的鋁窗直接打在試樣上，然后用真空微量天平測試其質(zhì)損變化。
設(shè)備的真空系統(tǒng)由真空鐘罩、 金屬油擴散泵、 機械泵組成。極限真空度為10 -3 ~10-4Pa。測試部分由真空微量天平、 溫度控制器及自動測試部分組成。其中溫度控制由DWT-702精密溫度控制儀和加熱電爐構(gòu)成的溫度自動控制系統(tǒng)組成，其溫度控制在(50土1)℃。測試部分為自動跟蹤測量，該數(shù)值最大誤差小于4 mW，最小可檢質(zhì)量損失為10-5g。
電子輻照條件: 電子能量為0.4~1.0 MeV，總通量為1.5x1015個電子/cm2，通量率為1.1×1012個電子/(cm2·s), 輻照時間為 1000 s。
(2) 石英晶體微量天平
石英晶體微量天平是專門用來現(xiàn)場測試沉積膜質(zhì)量厚度的一種極為靈敏的儀器。利用儀器可以檢測空間材料可凝揮發(fā)物逸出率時間的變化，檢測航天器在軌飛行期間的自污染，檢測航天器及其部件在地面熱真空環(huán)境試驗中的自 污染和他污染。
中國的石英晶體諧振型真空微量天平的研制始于1965年， 由蘭州物理研究所研制成功。它采用石英晶體作為敏感元件研制出“ 孿生晶體”結(jié)構(gòu)， 使用2只頻率相近的晶體分別組成震蕩器單元來測量其差頻信號， 能夠提高頻率的穩(wěn)定度， 降低對環(huán)境條件的苛刻要求。該儀器可直接檢測的最小蒸氣壓約為10-6Pa，比普通測量蒸氣壓的最好方法要靈敏二三個數(shù)量級， 同時還成功地用于空間材料揮發(fā)性可凝物逸出的測量。1972 -1975年， 蘭州物理研究所又研制了多維桿軸真空微量天平。其結(jié)構(gòu)特點為: 天平的主橫梁采用具有三維空間的石英玻璃多維型梁架。裝載加 g 的負荷時形變很小， 在連續(xù)加溫500℃的工作條件下使用， 精度不受影響。采用浮力核準(zhǔn)法校準(zhǔn)，天平的偏轉(zhuǎn)靈敏度為5.08X10-5g/mm, 感稱比10-7。 若使用最小讀數(shù)。0.01mm的移測顯微鏡，天平的最小感量可擴展到5.08 X 10-7g, 精度1.5X10-6g ，可用于真空的測量和核準(zhǔn)及宇航材料的質(zhì)損測定。
用石英晶體微量天平檢測材料可凝揮發(fā)物逸出率(VCMER)的裝置， 主要包括真空測量室、 石英微量天平、 樣品臺、 分子沉、 加熱器、 無油抽氣機組、 測控溫裝置、 供電及檢測裝置、 恒溫循環(huán)裝置等。具體從略。樣品臺溫控范圍為25~180℃， 連續(xù)可調(diào)。晶體收集溫度用恒溫槽控制。晶體上收集到的可凝揮發(fā)物可根據(jù)余弦定律導(dǎo)出計算公式， 測其空間材料V C M E R隨時間的變化。石英晶體微量天平不僅可以用于檢測材料VCMER，而且可以檢測敏感表面所在位置的污染量。利用石英晶體微量天平技術(shù)制成的分子污染檢測器， 由于具有超靈敏、 小巧、 堅固、 直接給出電信號( 頻率信號) 等優(yōu)點， 故已在航天器上廣泛采用。
(3)真空-紫外輻照設(shè)備
航天器在宇宙飛行過程中直接受到空間環(huán)境中太陽紫外線和空間各種因素的聯(lián)合作用， 對硅太陽、電池、 溫控涂層、 復(fù)合材料、 貓合劑等空間材料性能有明顯的影響， 特別是在波長200~400 nm范圍內(nèi)的紫外輻照， 可以使硅太陽電池損傷，電池效率下降， 甚至完全失效， 使溫控涂層老化變色， 導(dǎo)致吸收率增大， 使復(fù)合材料中的戮合劑透過率下降等。為了研究真空一 紫外輻照對材料及小部件在空間的穩(wěn)定性的影響， 蘭州物理研究所于20世紀(jì)80年代研制了真空-紫外輻照設(shè)備。該設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo): a.極限真空: p=10-8Pa; b. 工作壓力: p=10-8Pa; c.真空測試室: 直徑350 mm，長度600 nm; d . 紫外光源:GXZ-300型遠紫外汞氨燈，能輻射出強烈的200--300 n m遠紫外光譜， 能使材料在7 5 0二 外被輻照，其紫外光照度為70 mW/cm2，相當(dāng)于5個紫外太陽常數(shù)[7,8]。
該設(shè)備主要是由真空測試室、 超高真空機組、紫外光源及測試等部分組成。臥式結(jié)構(gòu)的真空測試室用不銹綱制成。為滿足輻照部件樣品多及小部件都可輻照的要求， 設(shè)備設(shè)置了直徑為120mm的石英玻璃窗口， 除石英玻璃窗口 和觀察窗口為氟橡膠密封外， 其余全部采用金屬密封結(jié)構(gòu)。選用L-600型濺射離子泵為主泵組成無油超高真空機組， 從而保證了真空-紫外輻照設(shè)備是一個清潔的無油真空環(huán)境的需要， 特別的紫外光源具有發(fā)光穩(wěn)定、 壽命長等優(yōu)點[9] 。具體從略。
設(shè)備建成后， 利用該設(shè)備規(guī)定的測試原理、 試驗方法和試驗步驟， 對用單向碳纖維板材料制成的試樣進行了真空一 紫外輻照下的材料和質(zhì)量損失側(cè)試。從試驗結(jié)果可以看出， 紫外比 紅外對材料質(zhì)損約大2 2%， 這是因為單向 碳纖維材料中的環(huán)氧勃合劑變質(zhì)的緣故。從樣品上可以看到環(huán)氧經(jīng)紫外輻照后發(fā)黃。開展了衛(wèi)星用熱控涂層真空一 紫外輻照測試， 如玻璃型二次表面熱控鏡，經(jīng)過輻照從測試的太陽光譜吸收率及半球發(fā)射率數(shù)據(jù)來看， 紫外輻照對該鏡性能有一定的影響。原因是石英及氧化錮錫膜對紫外光吸收較大，吸收的能量改變結(jié)構(gòu)， 從而影響其性能。這使得對太陽光的吸收率變大， 半球發(fā)射率變小，即性能變壞， 熱控涂層升溫。
(4) SF一3分子污染監(jiān)測器
1982年由蘭州物理研究所研制成功的SF-3分子污染監(jiān)測器是為空間材料揮發(fā)性可凝物、衛(wèi)星上分子污染及衛(wèi)星環(huán)模污染監(jiān)測的專門儀器。該儀器運用石英晶體微量天平技術(shù)， 發(fā)展了孿生晶體法。主要體現(xiàn)在晶體切角適應(yīng)工作溫區(qū)，按頻溫曲線一致的原則配對，采用傳導(dǎo)式溫控等， 從而減輕了裝架應(yīng)力，使電路溫度系數(shù)小，易起振，輸出信號電平高，波形好，簡單可靠，同樣使遙測接口刀具具有同步控制、定時取樣、采樣編碼，產(chǎn)生標(biāo)志及串行輸出等功能。
儀器的主要性能: a.分辨率: 10 MHz晶體為4.4 μg /cm2(鋁膜為0.016 nm), 5MHz晶體乘4; b.測量范圍: 10 M Hz晶體為0-900μg /cm2; (鋁膜為3.3μg)d . 頻漂: 72h不大于15 Hz; e 探頭使用溫度: -180~200℃; f. 功耗: 6W，可24h連續(xù)工作; g. 具有厚度與速率參量同時數(shù)碼顯示的特點; h.具有厚度預(yù)置、 繼電器控制及蜂鳴報警等功能。
該監(jiān)測器通過了力學(xué)環(huán)境及空間環(huán)境試驗， 是中國第一臺星載分子污染監(jiān)測器。其技術(shù)性能滿足了星載要求， 已在D-2型衛(wèi)星整星熱控試驗中， 用311個晝夜監(jiān)測了3個不同方位的分子污染試驗數(shù)據(jù)，并推廣應(yīng)用到其它地面空間環(huán)境設(shè)備的分子污染監(jiān)測及真空鍍膜監(jiān)控中。
(5) 星用非金屬材料出氣污染性質(zhì)原位測試設(shè)備
近10年來，中國長壽命、高可靠應(yīng)用衛(wèi)星的發(fā)展，使衛(wèi)星在軌分子污染問題日益突出。為了有效預(yù)測、防護和控制污染的危害， 使之降低到盡可能低的量級， 1998 年蘭州物理研究所在參考研究了美國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)ASTM E595系列的基礎(chǔ)上，制定了中國航天部QJ1558一88(真空環(huán)境下材料出氣總質(zhì)量損失、可凝揮發(fā)物標(biāo)準(zhǔn)測試方法)，并研制了相應(yīng)的星用非金屬材料出氣污染性質(zhì)原位測試設(shè)備。該設(shè)備的功能為: 可原位、 連續(xù)、 定量測試星用非金屬材料出氣可凝揮發(fā)物率，給出全過程的出氣數(shù)據(jù)。設(shè)備測控系統(tǒng)穩(wěn)定，測試儀器靈敏(最小可檢達4.4x10-8g/ m2 ) , 測試數(shù)據(jù)可靠。 設(shè)備可測試空間材料的出氣總量TML、可凝揮發(fā)物CVCM和水氣回收量WVR等三項指標(biāo)，是用作航天器非金屬材料在熱真空下的出氣分子污染測試、評估和研究的高靈敏設(shè)備，是中國目前惟一的多功位星用非金屬材料出氣污染高靈敏度原位實側(cè)設(shè)備， 整體設(shè)計和技術(shù)指標(biāo)達到國際先進水平[10]。
設(shè)備主要性能指標(biāo): 極限真空: 小于1x10-5 Pa; 控溫精度: 正負0.1℃; 測量系統(tǒng)交叉干擾: 小于等于1H z ; 測量溫漂: 小于2 H z ( 4 h 內(nèi)) ; 可凝揮發(fā)物最小可檢量: 4.4x10-8g/cm2。
該設(shè)備由真空系統(tǒng)、 溫控系統(tǒng)和測試系統(tǒng)三大部分組成。真空系統(tǒng)由真空室、 渦輪分子泵、 旋片式機械泵組成。溫控系統(tǒng)樣品艙內(nèi)樣品控溫測溫采用2臺TDW-3902型電子溫度調(diào)節(jié)器實現(xiàn)，并采用Pt100鉑電阻，盡可能提高控溫和測溫精度。測試系統(tǒng)采用石英晶體微量天平作為測試系統(tǒng)。應(yīng)用特點切角、 孿生晶體晶片差頻技術(shù)及特別裝配工藝以降低溫漂。同時采用中規(guī)模CMOs數(shù)字電路監(jiān)測顯示，使微量天平整機具備頻漂小、 溫區(qū)寬、 功耗小、 分辨率高等多項優(yōu)良 參數(shù)[11]。 具體從略。
5 展 望
5 . 1 真空獲得
(1) 在空間真空環(huán)境模擬試驗裝置方面。中國在衛(wèi)星、 宇宙飛船零部件、整機的空間真空環(huán)境試驗中的小型模擬裝置已有近百臺。對這類設(shè)備的發(fā)展趨勢是: 合理使用、 提高綜合多功能和自動化程度， 逐步建立空間環(huán)境模擬預(yù)示和數(shù)據(jù)庫， 研究新的模擬方法， 完善綜合環(huán)境模擬， 開展和完善計算機輔助空間真空環(huán)境模擬試驗技術(shù)。今后， 還要隨著航天器的發(fā)展對大型空間環(huán)境試驗設(shè)備加強研究。
(2) 在航天器在軌排氣技術(shù)方法方面。在今后相當(dāng)長的一段時間內(nèi)， 完善超高真空和極高真空容器在軌排氣技術(shù)有許多工作要做。由于利用真空環(huán)境條件可以解決高真空容器的在軌排氣問題， 而在軌應(yīng)用的小型真空系統(tǒng)在操作方面還存在一些技術(shù)問題， 因此， 用小型分子泵加離子泵系統(tǒng)在地面模擬試驗中 進行超高真空、 極高真空試驗是發(fā)展的必然。除此而外， 材料出氣對極高真空分子屏試驗平臺的影響也是重要的研究課題之一。這幾個方面是目 前真空獲得技術(shù)較為薄弱的環(huán)節(jié)， 應(yīng)大力加強研究。
5 . 2 真空測量
中國的真空測量的水平雖已基本上適應(yīng)了地面模擬試驗的需要， 但在解決10-11~10-13 Pa的極高真空測量方面還存在很多困難。要用已有的真空計測量空間真空中所遇到的特殊條件下的壓力， 還需要在工藝、 結(jié)構(gòu)、 原理、 理論等多方面進行努力。
現(xiàn)今實際用于極高真空測量的幾乎全是不同類型的電離規(guī)。電離型極高真空規(guī)的進一步發(fā)展還有賴于新型陰極小電流測量和電子倍增器的發(fā)展。從更廣泛的意義講， 極高真空的測量還有待于新原理的提出、 新技術(shù)的應(yīng)用和新概念的突破。需要研究極高真空條件下的物理化學(xué)現(xiàn)象和表面效應(yīng)對測量的影響， 探討表征極高真空的更為本質(zhì)的物理量， 開拓非均勻超稀薄氣體環(huán)境下真空測量的新領(lǐng)域。
在傳統(tǒng)的真空應(yīng)用領(lǐng)域中， 對真空計量標(biāo)準(zhǔn)的精度和準(zhǔn)確度沒有過高的要求，但是，空間科學(xué)卻要求真空計量標(biāo)準(zhǔn)有高的精度和準(zhǔn)確度。由此， 要求建立超音速分子流校準(zhǔn)系統(tǒng)和非穩(wěn)態(tài)流校準(zhǔn)系統(tǒng)等特殊的真空計量標(biāo)準(zhǔn)。
在完善和改進計量標(biāo)準(zhǔn)性能的基礎(chǔ)上， 注重提高標(biāo)準(zhǔn)的 精度以及延伸校準(zhǔn)的上、下限。
5.3 質(zhì)語與檢漏
質(zhì)譜分析儀器是在航天器上使用的主要的真空儀器， 在空間探測、 載人航天、 航天器誘發(fā)污染環(huán)境監(jiān)測、 火箭技術(shù)和地面模擬中將繼續(xù)獲得新的應(yīng)用。各種質(zhì)譜儀的完善和數(shù)據(jù)采集的計算機化是發(fā)展的必然 [12]。
檢漏技術(shù)在空間真空技術(shù)中既有理論性的探討， 也有實用的普及問題。為了確保航天器密封性及低溫流體的安全輸送和長期儲存，真空檢漏技術(shù)占 有重要的地位。 快速、 準(zhǔn)確地對大容器進行檢漏， 始終都是航天器真空技術(shù)發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)之一。該技術(shù)檢測靈敏度高，可靠性強， 檢測周期短，能夠適應(yīng)各種航天器的常規(guī)檢漏， 是航天器泄漏檢測技術(shù)的一個發(fā)展方向[13]。
5.4 空間真空新工藝
空間真空新工藝是空間真空技術(shù)中有待開發(fā)的新領(lǐng)域之一。由于其實用性強、 所取得的效益好， 所以頗受各國重視。除需要繼續(xù)加強研究真空鍍膜、 離子束刻蝕、局部真空電子束焊外， 還應(yīng)該開發(fā)的空間真空新工藝有在軌航天器上真空新工藝的應(yīng)用、 新型空間真空條件下的焊接、 表面改性技術(shù)等。
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