確定熱控涂層空間輻射環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)總注量的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種確定熱控涂層空間輻射環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)總注量的方法，該方法根據(jù)熱控涂層太陽吸收率在軌和地面試驗(yàn)退化等效的原則得到空間連續(xù)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(shí)的等效公式，同時(shí)開展兩組帶電粒子輻照試驗(yàn)，根據(jù)熱控涂層性能退化數(shù)據(jù)與輻照時(shí)間的數(shù)據(jù)進(jìn)行的曲線擬合可確定等效束流密度公式中的參數(shù)，進(jìn)而確定地面模擬試驗(yàn)總注量。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的方法可以在地面模擬試驗(yàn)設(shè)備中采用單一能量電子或質(zhì)子模擬軌道空間電子或質(zhì)子對熱控材料的損傷作用，實(shí)際可操作性強(qiáng)。
【專利說明】確定熱控涂層空間輻射環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)總注量的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及空間輻射環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種確定熱控涂層空間輻 射環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)總注量（即輻射粒子數(shù)量）的方法，適用于航天器熱控涂層材料空間輻射 環(huán)境效應(yīng)地面模擬試驗(yàn)參數(shù)的設(shè)計(jì)及材料性能評價(jià)。

【背景技術(shù)】
[0002] 熱控涂層材料（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(jìn)行熱交換的主要材料，用于保證航天器的結(jié)構(gòu)部件、儀器設(shè)備在空間環(huán)境 下處于合適的溫度范圍，使其能夠正常工作。航天器熱控涂層材料的太陽吸收比（a s)是表 征熱控材料熱交換性能的最重要的參數(shù)，但在空間輻射（本專利專指帶電粒子輻射，包括 空間質(zhì)子和空間電子）環(huán)境作用下，熱控涂層的a s會發(fā)生變化，偏離設(shè)計(jì)指標(biāo)，造成航天 器熱控系統(tǒng)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，進(jìn)而影響航天器的可靠性。為了正確設(shè)計(jì)航天器的熱控系統(tǒng)， 設(shè)計(jì)師須首先了解熱控涂層材料在空間運(yùn)行過程中性能退化情況，從而進(jìn)行正確的熱控設(shè) 計(jì)。目前，獲得熱控涂層材料在空間運(yùn)行過程中因空間輻射環(huán)境而產(chǎn)生的性能退化數(shù)據(jù)的 途徑主要是空間輻射環(huán)境效應(yīng)地面模擬試驗(yàn)的方法。
[0003] 空間電子、質(zhì)子輻射環(huán)境為復(fù)雜的連續(xù)能譜分布，能量范圍在千電子伏（keV)到 兆電子伏（MeV)之間，且各能量下電子、質(zhì)子的束流密度各異，導(dǎo)致地面模擬試驗(yàn)設(shè)備不可 能復(fù)現(xiàn)空間輻射環(huán)境。因此地面試驗(yàn)通常只采用一種能量的電子、質(zhì)子模擬空間輻射環(huán)境， 進(jìn)而選擇合適的電子、質(zhì)子總注量，以達(dá)到等效模擬熱控涂層在軌期間實(shí)際輻射總注量的 效果。過試驗(yàn)或欠試驗(yàn)都會導(dǎo)致熱控涂層在軌性能退化情況的誤判，從而給航天器的熱設(shè) 計(jì)工作帶來隱患。
[0004] 本專利提出一種基于熱控涂層a s退化效應(yīng)等效的方法來計(jì)算地面試驗(yàn)中總注量 的方法，該方法將空間連續(xù)能譜分布的帶電粒子輻射作用效果歸一化為地面試驗(yàn)單一能量 粒子的作用效果，可準(zhǔn)確計(jì)算出地面試驗(yàn)中總注量參數(shù)，從而正確評價(jià)熱控材料在軌性能 退化情況。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了準(zhǔn)確設(shè)置航天器熱控涂層材料空間輻射效應(yīng)地面試驗(yàn)中的 總注量參數(shù)，從而為熱控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供可靠的熱控涂層在軌性能退化數(shù)據(jù)，保障航天器 在軌運(yùn)行的可靠性水平。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：
[0007] -種確定熱控涂層空間輻射環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)總注量的方法，包括如下步驟：
[0008] 1)選定地面模擬試驗(yàn)粒子的能量范圍為IOkeV到MeV之間，記為Etl ;
[0009] 2)根據(jù)熱控涂層a s在軌和地面試驗(yàn)中退化效應(yīng)等效原則，存在以下關(guān)系式：
[0010]

【權(quán)利要求】
1. 一種確定熱控涂層空間輻射環(huán)境效應(yīng)試驗(yàn)總注量的方法，包括如下步驟： 1) 選定地面模擬試驗(yàn)粒子的能量范圍為IOkeV到MeV之間，記為Etl ; 2) 根據(jù)熱控涂層Cis在軌和地面試驗(yàn)中退化效應(yīng)等效原則，存在以下關(guān)系式：
式中：Λ a s為a s的退化值，是熱控涂層在軌工作一段時(shí)間后的a s與初始a s的差值； 為空間連續(xù)譜輻射粒子束流密度等效為能量為Etl的粒子時(shí)的束流密度；
為軌道中帶電粒子的積分能譜，通過公開數(shù)據(jù)查到； 式⑴中公式左側(cè)為地面模擬試驗(yàn)中，采用能量Etl、束流密度?的帶電粒子進(jìn)行 試驗(yàn)，所得到的熱控涂層的a s退化值，公式右側(cè)為空間連續(xù)能譜分布環(huán)境下熱控涂層的 a s退化值； 同時(shí)確定熱控涂層a s隨輻照時(shí)間性能退化的經(jīng)驗(yàn)公式：
式中：a，β是與粒子能量無關(guān)的固定參數(shù)，b(E)是與能量有關(guān)的參數(shù)，均可通過已有的 試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。 將公式⑵帶入⑴中，可以得到：
利用泰勒展開，并只取一階項(xiàng)，b(E)寫成如下形式： b (E) = AEy (4) 式中：A、Y是與粒子能量無關(guān)的參數(shù)，均可通過已有試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定，因此有：
根據(jù)定義，試驗(yàn)總注量為輻射粒子束流密度與在軌時(shí)間的乘積，因此有：
式中：Otl為地面模擬試驗(yàn)總注量；t為航天器在軌時(shí)間，由發(fā)射任務(wù)確定。 3) 開展兩組帶電粒子輻照試驗(yàn)，粒子能量分別為Ep E2，其他試驗(yàn)條件相同，將熱控涂 層性能退化數(shù)據(jù)與輻照時(shí)間的數(shù)據(jù)帶入公式（2)
中進(jìn)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(shù)β，同時(shí)推導(dǎo)出參數(shù)γ : Y = []η(^( Γ,) / E1) )] 7IlnC Ε\ 1E2 )] ( 9 ) 將Y、β帶入公式（6)，即可計(jì)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(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)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(wèi)星環(huán)境工程研究所