[发明专利]金属材料多因素空间环境协同效应试验方法

说明书

本发明公开了一种金属材料多因素空间环境协同效应试验方法，包括根据空间环境试验项目选取空间环境试验参数；确定空间环境试验参数；根据不同环境协同研究，确定试验顺序；制备试验样品并按照各单因素环境试验标准进行原子氧侵蚀试验、空间碎片撞击试验和温度循环试验的试验项目，最后测试样品的各种性能和微观组织结构。本方法可以有效评价空间多因素环境协同作用下，金属防护材料的性能变化程度。

技术领域

本发明属于航天器地面试验技术领域，具体涉及一种用于航天器外露金属材料多因素空间环境协同效应试验方法。

背景技术

航天器在轨运行时，空间碎片防护材料(大部分为金属材料)面临着高低温及其交变、微小碎片、原子氧(AO)、高能粒子辐射等恶劣的空间环境。

近年来的研究发现，单个空间环境因素的地面模拟试验常常与空间飞行实验的数据不吻合，多种空间环境因素引起的协同效应逐渐引起人们的注意。

以色列Ronen Verker研究小组利用激光驱动的高速微小碎片研究了微小碎片与原子氧对航天器表面聚合物热控材料的协同效应；日本九州技术大学学者使用二级轻气炮和激光照射试验，研究了太阳能电池等脆性表面材料在受到超高速撞击时产生的等离子体现象等。

在国内，北京卫星环境工程研究所对S781白漆、SR107-ZK白漆、F46镀银、OSR二次表面镜、ACR导电白漆等在空间电子、质子和近紫外辐射环境下的协同效应进行了协同试验研究，对温控白漆、TO/Kapton膜(聚酰亚胺镀氧化锡膜)、Ge/Kapton膜进行了原子氧与紫外辐射协同试验研究；中国科学院空间科学与应用研究中心对Kapton膜进行了微小空间碎片与原子氧协同试验研究；北京科技大学对ZnO白漆进行了电子与质子综合辐照协同试验研究等。

目前国内外协同效应试验大多针对有机聚合物材料开展研究，尚无针对金属材料的空间环境协同试验研究。因此，为了实现航天器常压热循环试验，必须设计新的大型常压热试验系统，降低试验运行条件，提高试验的灵活性和安全性。

发明内容

本专利针对航天器金属防护材料，提出空间多因素环境效应试验原则和测试原则，得到针对金属防护材料的空间多因素环境考核方法，满足金属防护材料空间环境协同效应研究与评估需求。

本发明采用了如下的技术方案：

金属材料多因素空间环境协同效应试验方法，包括如下步骤：

1)根据空间环境试验项目选取空间环境试验参数，空间环境试验项目包括原子氧侵蚀试验、空间碎片撞击试验和温度循环试验的试验项目；

2)确定空间环境试验参数，其中原子氧侵蚀试验变化参数为原子氧积分通量；微米级空间碎片撞击试验变化参数为撞击速度、撞击次数及弹丸质量；毫米级空间碎片撞击试验变化参数为弹丸质量、撞击速度及撞击角度；温度循环试验变化参数为高低温边界、循环次数，各空间环境试验参数选取时，最大值不宜小于环境分析计算出的在轨实际量，最小值不宜小于使材料性能发生改变的数值，参数变化水平至少选取2个数据点；

3)根据不同环境协同研究，确定试验顺序，试验顺序分为以下5种：

T1：原子氧侵蚀→高低温冲击；

T2：原子氧侵蚀→微米碎片撞击；

T3：微米碎片撞击→高低温冲击；

T4：高低温冲击→微米碎片撞击；

T5：原子氧侵蚀→高低温冲击→微米碎片撞击→毫米碎片撞击；

4)制备试验样品，上述步骤T1-T4中的试验样品不小于Φ40mm，T5中试验样品不小于Φ100mm，试验样品由待测的金属材料制成；

5)按照各单因素环境试验标准进行原子氧侵蚀试验、空间碎片撞击试验和温度循环试验的试验项目；