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太陽輻照環境效應

2020-11-26 16:24
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(1)熱輻照的影響

太陽輻照的不同譜段,對航器有不同的影響。航天器主要吸收紅外與可見光譜段,這部分能量將影響航天器的溫度。吸收熱量的多少取決于結構外形、涂層材料和飛行高度。這部分能量也是航天器熱量的主要來源。若航天器的熱設計處理不當,會造成航器溫度過高或過低,影響航器的正常運行。航天史上,日本、法國的第1顆衛星都因熱設計原因而失效,中國的衛星也有因熱設計的原因而使局部溫度過高。

因此,為了驗證熱設計,鑒定航天器的可靠性,必須在地面試驗設備中再現太陽輻照環境,模擬空間的外熱流進行航天器的熱平衡試驗。

(2)機械應力的影響

太陽輻照壓力所產生的機械力,能嚴重地影響航天器的姿態和自旋速率,尤其受熱不均勻引起的熱彎曲效應最大。所以在設計航天器的姿態控制系統時,特別在設計高軌道航天器與重力梯度穩定的航天器時,必須要考慮太陽輻照壓力的機械應力影響。

太陽.jpg

決定輻照機械應力的主要因素有:

1射或發射的輻照強度、頻譜與方向

2太陽輻照壓力中心相對于航天器質網心的位置和航天器表面的形狀;

3航天器結構表而的光學特性,作用于航天器表面的輻照是射還是發射。

上述3個因素都對航天的工作壽命影響.因為要克服這些應力肯定要消耗一些推進劑。例如,1982年4月10美國發射的“印度一號甲”衛星就因推進劑耗盡而在當年的9月6徹底停止作。為什么足夠衛星7年用的推進劑會那么快就耗盡了?其原因是多方面的.但最重要的是,星上用來抵消太陽輻照壓力的狀太陽電池陣沒有展開,因此為了克服太陽輻照給航天器帶來的致命的機械應力,航天器不得不大量消耗推進劑,從而使航天器提前失效對于機械應力問題,必須引起足夠的重視。

太陽輻照,還對航天器的外露組件產生熱應力與熱變形。在地面,對拋物面天線、太陽電池陣等組件,應在太陽輻照與冷黑環境下檢驗熱應力與熱變形的問題。

3)紫外輻照的影響

波長短于300nm的所有紫外輻照,雖然只占太陽總輻照的1%左右,但所起作用很大。紫外線照射到航天器的金屬表面,由于光電效應而產生許多自由電子,使金屬表面帶電,航天器表面電位升高,將干擾航天器的電磁系統。

紫外線會使光學玻璃、太陽能電池蓋板和甲基異丙烯窗口等改變顏色,影響光譜的透過率。紫外線會改變瓷質絕緣的介電性質。紫外線的光量子能破壞分子聚合物的化學鍵,引起光化學反應,造成分子量降低、材料分解、裂析、變色、彈力和抗張力降低等。受紫外線影響最大的是聚乙烯、滌綸等高聚物薄膜。紫外線和臭氧會影響橡膠、環氧樹脂粘合劑和甲基丙烯氣動密封劑性能的穩定性。紫外線會改變熱控涂層的光學性質,使表面逐漸變暗,對太陽輻照的吸收率顯著提高,影響航天器的溫度控制。長壽命航天器的熱控設計必須考慮紫外線對熱控涂層的影響。

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