確定熱控塗層空間輻射環境效應試驗總注量的方法
2023-10-20 03:49:27 1
確定熱控塗層空間輻射環境效應試驗總注量的方法
【專利摘要】本發明公開了一種確定熱控塗層空間輻射環境效應試驗總注量的方法，該方法根據熱控塗層太陽吸收率在軌和地面試驗退化等效的原則得到空間連續能譜輻射粒子的束流密度換算為某一能量下輻射粒子束流密度時的等效公式，同時開展兩組帶電粒子輻照試驗，根據熱控塗層性能退化數據與輻照時間的數據進行的曲線擬合可確定等效束流密度公式中的參數，進而確定地面模擬試驗總注量。與現有技術相比，本發明的方法可以在地面模擬試驗設備中採用單一能量電子或質子模擬軌道空間電子或質子對熱控材料的損傷作用，實際可操作性強。
【專利說明】確定熱控塗層空間輻射環境效應試驗總注量的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及空間輻射環境效應試驗【技術領域】，具體涉及一種確定熱控塗層空間輻 射環境效應試驗總注量（即輻射粒子數量）的方法，適用於太空飛行器熱控塗層材料空間輻射 環境效應地面模擬試驗參數的設計及材料性能評價。
【背景技術】
[0002] 熱控塗層材料（包括Kapton等膜類、OSR等二次表面鏡類、S781等漆類）是航天 器用來與外界進行熱交換的主要材料，用於保證太空飛行器的結構部件、儀器設備在空間環境 下處於合適的溫度範圍，使其能夠正常工作。太空飛行器熱控塗層材料的太陽吸收比（a s)是表 徵熱控材料熱交換性能的最重要的參數，但在空間輻射（本專利專指帶電粒子輻射，包括 空間質子和空間電子）環境作用下，熱控塗層的a s會發生變化，偏離設計指標，造成航天 器熱控系統達不到設計要求，進而影響太空飛行器的可靠性。為了正確設計太空飛行器的熱控系統， 設計師須首先了解熱控塗層材料在空間運行過程中性能退化情況，從而進行正確的熱控設 計。目前，獲得熱控塗層材料在空間運行過程中因空間輻射環境而產生的性能退化數據的 途徑主要是空間輻射環境效應地面模擬試驗的方法。
[0003] 空間電子、質子輻射環境為複雜的連續能譜分布，能量範圍在千電子伏（keV)到 兆電子伏（MeV)之間，且各能量下電子、質子的束流密度各異，導致地面模擬試驗設備不可 能復現空間輻射環境。因此地面試驗通常只採用一種能量的電子、質子模擬空間輻射環境， 進而選擇合適的電子、質子總注量，以達到等效模擬熱控塗層在軌期間實際輻射總注量的 效果。過試驗或欠試驗都會導致熱控塗層在軌性能退化情況的誤判，從而給太空飛行器的熱設 計工作帶來隱患。
[0004] 本專利提出一種基於熱控塗層a s退化效應等效的方法來計算地面試驗中總注量 的方法，該方法將空間連續能譜分布的帶電粒子輻射作用效果歸一化為地面試驗單一能量 粒子的作用效果，可準確計算出地面試驗中總注量參數，從而正確評價熱控材料在軌性能 退化情況。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是為了準確設置太空飛行器熱控塗層材料空間輻射效應地面試驗中的 總注量參數，從而為熱控系統的設計提供可靠的熱控塗層在軌性能退化數據，保障太空飛行器 在軌運行的可靠性水平。
[0006] 為了實現上述目的，本發明採用了如下的技術方案：
[0007] -種確定熱控塗層空間輻射環境效應試驗總注量的方法，包括如下步驟：
[0008] 1)選定地面模擬試驗粒子的能量範圍為IOkeV到MeV之間，記為Etl ;
[0009] 2)根據熱控塗層a s在軌和地面試驗中退化效應等效原則，存在以下關係式：
[0010]
【權利要求】
1. 一種確定熱控塗層空間輻射環境效應試驗總注量的方法，包括如下步驟： 1) 選定地面模擬試驗粒子的能量範圍為IOkeV到MeV之間，記為Etl ; 2) 根據熱控塗層Cis在軌和地面試驗中退化效應等效原則，存在以下關係式：
式中：Λ a s為a s的退化值，是熱控塗層在軌工作一段時間後的a s與初始a s的差值； 為空間連續譜輻射粒子束流密度等效為能量為Etl的粒子時的束流密度；
為軌道中帶電粒子的積分能譜，通過公開數據查到； 式⑴中公式左側為地面模擬試驗中，採用能量Etl、束流密度?的帶電粒子進行 試驗，所得到的熱控塗層的a s退化值，公式右側為空間連續能譜分布環境下熱控塗層的 a s退化值； 同時確定熱控塗層a s隨輻照時間性能退化的經驗公式：
式中：a，β是與粒子能量無關的固定參數，b(E)是與能量有關的參數，均可通過已有的 試驗數據確定。 將公式⑵帶入⑴中，可以得到：
利用泰勒展開，並只取一階項，b(E)寫成如下形式： b (E) = AEy (4) 式中：A、Y是與粒子能量無關的參數，均可通過已有試驗數據確定，因此有：
根據定義，試驗總注量為輻射粒子束流密度與在軌時間的乘積，因此有：
式中：Otl為地面模擬試驗總注量；t為太空飛行器在軌時間，由發射任務確定。 3) 開展兩組帶電粒子輻照試驗，粒子能量分別為Ep E2，其他試驗條件相同，將熱控塗 層性能退化數據與輻照時間的數據帶入公式（2)
中進行曲線擬合可獲得如下公式： Aas = α[? - exp(-/?f/> //!) 8 由（7)、（8)式可獲得待定參數β，同時推導出參數γ : Y = []η(^( Γ,) / E1) )] 7IlnC Ε\ 1E2 )] ( 9 ) 將Y、β帶入公式（6)，即可計算出φ。。
【文檔編號】G01N17/00GK104374688SQ201410637335
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月5日 優先權日:2014年11月5日
【發明者】劉宇明, 趙春晴, 丁義剛, 楊曉寧, 姜利祥, 沈自才, 劉向鵬, 李蔓 申請人:北京衛星環境工程研究所