[发明专利]具有用于在空间环境中进行保护的纹理化部分的密封件

说明书

在国家航空和航天局（NASA）颁发的合同NNC08CA35C项下，本发明获得了美国政府的支持。美国政府对本发明具有某些权力。

相关申请案的交叉参考

本申请要求于2011年10月20日提交的序列号为61/549,535的美国临时专利申请的权益。

技术领域

本发明大体涉及密封件，更特别的是在空间环境中有用的密封件和密封结构。

背景技术

空间对接系统用于将两个或多个载人宇宙飞船连接在一起。它们被设计为在低地球轨道（LEO）、高地球轨道（HEO）、外星表面上和深空位置中运行。空间对接系统和被暴露于空间环境的物体的其他组件包括在各种位置中的密封件，且这些密封件有时被暴露于空间环境中。一些实例包括在两飞行器之间的主接口上、在窗口上以及在流体和电连接上的密封件。载人和无人航天所必需的宝贵资源（如可饮用水、冷却剂和可呼吸的空气和制冷剂）均是通过密封件而进行保留和限制的。密封件的任何损害或其他损坏增加了加压流体或气体的泄漏率和损失。

这些密封件必须能承受多次使用并承受住这些密封件所暴露于的运行温度极限，且因此其是由聚合物所制成的。聚合物会受到空间环境的负面影响，包括紫外光形式的太阳辐射和反应性元素，如原子氧。这些密封件所暴露于的辐射和反应性元素（如原子氧）在短的时间跨度中危及密封件的密封面。

通常，将理解的是辐射暴露的强度会在绕轨道运行的期间发生变化。例如，图1A示出在绕天体E（如行星地球）的太阳惯性轨道中的密封件14，密封14件具有延伸或垂直于入射辐射光线R的方向的密封面18，如例如源自恒星S（如太阳）的那些入射辐射光线R。密封件14被示意性地示为形如梯形以示出太阳惯性轨道的性质是很容易理解的。一般而言，可以看出物体（在这里只是通过密封件14所示意性地表示）的方向相对于远处物体（在这里通过恒星S所表示）保持不变，且相对于正在绕行的天体（在这里为天体E）而变化。因此，就太阳惯性轨道而言，密封面18保持垂直于光线R，且因此，除非隐藏在天体E之后，密封面18接收全部强度的光线R。

图1B中示意性地示出局部垂直/局部水平（LVLH）且采用相同的编号和字母以标识本文示意性地表示出的组件。在LVLH的轨道中，密封件相对于正在绕行的天体E保持它的方向，且因此当未隐藏在天体E之后时，在密封面18上的光线R的入射角变化。图2示出非纹理化密封面18的一小部分和在绕轨道运行期间在其上暴露于辐射光线的位置A。点A相对太阳辐射光线R和其他反应性元素的来源的相对方向从点C变化至点D变化至点E。图3示出在位置A上暴露的归一化水平。

通常，至空间环境中辐射光线和反应性元素的暴露会损坏密封面和密封件。这些密封件趋于由弹性体所制成且辐射和反应性元素会使弹性体变脆并在分子水平上腐蚀，从而导致收缩和开裂。开裂的表面不会形成良好的密封。这损坏了密封件的功能。任务剖面（mission profile）和持续时间是由聚合物密封件的抵抗空间环境的能力限制的。目前，还没有能抵抗空间环境长达4天以上的聚合物密封件。因此，在本领域中需要改善密封件的抵抗空间环境的有害影响的能力。

发明内容

本发明的第一实施方案提供了一种用于空间环境的密封结构，其包括：密封支承物体；在所述密封支承物体上的密封件，所述密封件包括：具有密封面的密封件本体以及在密封面处的纹理化图案，且所述纹理化图案限定至少一个被遮蔽的槽面；以及通过所述密封件选择性地与所述密封支承物体相接合的密封接合物体，所述密封接合物体具有密封面，其中，当所述密封接合物体选择性地与所述密封支承物体相接合时，所述密封接合物体的所述密封面接合所述密封件的所述密封面，且在密封支承物体和密封接合物体之间压缩所述密封件，从而使至少一个被遮蔽的槽面接合所述密封接合物体的所述密封面。

第二实施方案提供了如在第一实施方案中所述的密封结构，其中纹理化图案被成形使得在空间环境中绕轨道而行时且所述密封接合物体不与所述密封支承物体选择性地相接合时，至少一个被遮蔽的槽面相比所述密封面暴露于空间环境更少地暴露于空间环境。

第三实施方案提供了如在第一或第二实施方案中所述的密封结构，其中所述纹理化图案包括多个槽，其形成于密封件本体中并在所述密封面处开口。

第四实施方案提供了如在第一至第三实施方案中任一实施方案中所述的密封结构，其中所述槽中的每一个包括底面和从所述底面向上延伸的相对的壁面，所述底面和所述相对的壁面充当所述至少一个被遮蔽的槽面。