[发明专利]空间材料被动实验样品支撑结构、样品模块和试验箱

说明书

本发明涉及空间材料被动实验样品支撑结构、样品模块和试验箱，样品支撑结构包括支撑板和压接装置，压接装置可拆卸连接在支撑板上，并用于将样品材料压接固定在支撑板上。本发明的空间材料被动实验样品支撑结构，为实验样品材料提供有效支撑，将空间实验材料模块化处理，能够实现材料在空间原子氧剥蚀、空间高低温交变、空间高能粒子辐射、微重力、超高真空、空间碎片/微流星体撞击等极端苛刻环境下进行在轨实验测试。同时，利于地面实验室安装及除水、除气、除尘处理、在轨拆卸更换以及返回地面后拆卸操作；满足结构紧凑、尺寸小、重量低、火箭发射上行阶段力学性能可靠的航天特色要求。

技术领域

本发明涉及航天材料暴露实验相关技术领域，具体为空间材料科学以及空间物理科学交叉学科研究领域，具体涉及一种空间材料被动实验样品支撑结构、样品模块和试验箱。

背景技术

经过调研发现，国外如美国航空航天局(NASA)、俄航局(RSA)、欧空局(ESA)、日本航空航天局(JAXA)等著名航天机构，基于国际空间站(ISS)开展材料暴露测试以及样品实验模块的研制，根据不同的试验目的和需求，针对金属材料、无机非金属材料、高分子材料以及复合材料等材料体系，设计了多种类的材料在轨试验装置。国内对于空间材料在轨暴露实验装置开发尚未检索到相关工作。尤其是对于不同的材料体系、不同的材料实验类型(主动/被动)，没有相关的实验装置设计，不能满足我国空间站的在轨运行后，开展相关的材料暴露测试工作。

而且，应用于空间环境的机构，相对于地面上工作的机构来说，空间机构的工作差异主要由于空间环境引起，空间动力学环境与地面环境有所不同。空间环境对机构的影响主要体现在如下方面：

(1)微重力影响

由于目前航天器通常是在地面上进行装调，也就是在重力作用下进行的装调，而当航天器进入太空中，其所处环境为微重力环境，装调过程中的重力会进行释放，发生变形。零件间的摩擦力变小，系统处于自由状态，来自外界的干扰会显得更加的突出。微重力对一般的机构影响较小，但对于某些释放机构的影响较大，如太阳电池阵中的压紧机构。

(2)压力差影响

压力差的影响通常在1×10^-2Pa～1×10^-5Pa的真空范围内发生，当航天器中存在密封结构时，此密封结构的内外太差会加大，导致结构变形或损坏。

(3)真空出气影响

材料表面存在吸附或吸收的气体并溶解于材料内部，这些气体在高于1×10^-2Pa的真空度下进行释放，也即为真空出气。释放出的气体会重新凝聚在低温部件上，从而污染光学镜片、传感器以及具有光学选择特性的热控涂层，导致光学性能下降、太阳吸收率增加、温度升高。

(4)辐射传热影响

在真空环境中，辐射传热是航天器与外界的主要传热形式。因此，表面材料的辐射特性对热控功能的具有重要影响。当航天器各系统和机构未能工作在合理温度范围内时，结构件会由于所处环境温度变化而产生应力、变形甚至破裂，从而对航天器机构造成损坏。

(5)粘着与冷焊的影响

粘着与冷焊通常发生在压力为1×10^-7Pa以上的超高真空环境中。在地面上，固体表面总是吸附有机膜及其它膜，称它们为边界润滑的润滑剂，起减少摩擦系数的作用。在空间真空环境中，固体表面膜，当被部分或全部清除时，相接触的零件间会形成清洁的材料表面，进而出现不同程度的粘合现象，称为粘着。如果除去氧化膜，使表面达到原子清洁度，在一定的压力与温度的作用下，可进一步整体粘着，也就是形成冷焊。

防止冷焊的主要方法有选用不易发生冷焊的配偶材料，采用固体润滑、脂润滑或液体润滑剂，涂覆不易发生冷焊的材料膜层等。

(6)微流星与空间碎片