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空間模擬設備污染測量方法

2020-12-07 16:56
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   空間模擬設備的污染源一方面主要來自于建造、試驗準備階段由于接觸造成的污染物,另一方面是在試驗中解析、分解及生成的污染物。污染物帶入容器,對光學系統的污染相當嚴重,包括光反射、透射能力下降,溫控涂層變劣,以至于造成電子學系統的失靈與失效。如果不在地面空間試驗階段進行嚴格測量和有效控制,會對航天器等造成嚴重性能影響。

對星體在模擬試驗中被污染的程度有定性或定量的了解,應有相應的測量方法。主要方法如下。

1)剩余氣體分析法

使用剩余氣體分析器,可定性了解有無碳氫化合物污染,并可粗略地估計分子污染程度。最常用的為四極質譜計。為了進一步決定污染物的種類,要借助于試驗環境內存在的各種化合物的典型譜圖,把已知的許多化合物的典型譜圖送入計算機,并與待測譜圖加以比較,計算機能夠計算出各典型質譜的某個最適合待測的質譜組,從而判定污染物的組成。據此可以進一步推斷出污染物的來源。目前,這個方法的使用,受到分析器的靈敏度以及所能得到的數量有限的化合物典型圖譜的限制。

2)紅外光譜分析法

試驗前在空間環境模擬器內預先放置好標準的污染敏感元件氯化鈉盤,試驗過程中該盤面上能夠凝結環境中幾乎全部的可疑污物元素,待試驗完成后取出該樣件盤,然后用異丙醇溶濟進行沖洗。將混溶劑混合液送到分析化學實驗室。實驗室通過相發等過程除去溶劑,再對剩余的污染物用紅外光譜分析法進分析。對污染物的紅外光譜在 0.250.45 nm 范圍內測量,作出典型的紅外光譜,這個吸收光譜圖像可以代表這些分子的原子的化學鍵,因此是這些分子的典型圖像。

3)氣體色譜分析法

氣體色譜儀是能把混合物分成各個單獨的化合物的儀器。把冷板沖洗得來的混合物蒸發掉溶劑后,再經氦氣流通過一個吸氣材料的塞柱。這個塞柱的填充物對不易揮發的化合物吸收較快,對易揮發物又較難吸收。因此這些化合物隨著氦氣經塞柱流出,就像一系列有時間間隔的譜峰,每個峰代表一種單一的化合物。這些峰一般用裝在塞柱出口上的火焰電離或熱導探測器來探測,或者兩種都用。

試驗結果在紙帶記錄器上顯示出一條按時間排列的略像高斯峰的曲線。數量由峰值與時間的曲線所包圍的面積大小決定。雖然這個方法可以給出單一化合物的量,但有時并不能確定單個化合物,且每次都有所變化。因此,如不參考化合物標準色譜來校正,氣體色譜儀還不能確定單個化合物,或者用色譜分開化合物以便用紅外或質譜作進一步分析。

4)氣體色譜-質譜分析法

在分析實驗室中還應把氣體色譜與質譜組合起來,分析污染剩余物。這種組合可以克服單獨使用氣體色譜的困難。可以將混合物首先分離成單一分子的化合物,然后再對每一組分在質量單位 101 000 范圍內測其質譜圖。

用這個方法,由每個冷板收集的樣品(其中包含了 30 種化合物)中可獲得 30 個或更多的質譜圖。要把這么多的質譜分析出來,需要有自動的數據處理裝置。

5)石英晶體微量天平稱重法

用這種天平稱取凝在晶體表面上污染物的質量。晶體振動頻率的變化與凝在晶體表面的質量直接有關。如果準確地事先校準并對溫度補償,可測量小到 10-8g/cm2的污染物。

如果把石英振動晶體放在欲測表面的附近(如光學表面或熱控涂層的附近),晶體表面的取向與欲測面相同,晶體表面上凝結物的質量就能代表被測表面污染物的質量。

6)紫外反射法

微量凝結物污染會導致紫外光反射能力的顯著下降。因此,預先正確校準某個樣品的鏡子,可以用來直接測定被測表面的污染水平。同石英晶體一樣,鏡子要放在被測表面的同樣方向,溫度也相同。在試驗前后,用真空單色儀測定鏡子的反射率。大多數有機物都能吸收紫外輻射,但吸收量各不相同,這取決于它們的結構。因此,為精確測定,預先對污染物種類應有所了解。

波長 121.6 nm 處的反射率的改變,是污染的一個指標,但污染物的精確數值不易確定。

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