卫星太阳电池阵基板原子氧防护基础研究

在低地球轨道(LEO,200~700 km)环境中,主要环境组成为原子氧O和分子氮N2,其中原子氧比例约为80%,分子氮约为20%。原子氧是氧分子经受太阳紫外线(K243 nm)辐照而产生的。原子氧具有高化学活性,其氧化作用远大于分子氧。另外,5.3 eV的碰撞动能,其作用相当于4.8@104 K的高温。这种罕见的高温氧化、高速碰撞对材料剥蚀作用的结果可以预料是非常严重的。

由于上述原因,国外航天界专家一致认为原子氧是低地球轨道航天器表面最危险的环境因素。大量空间飞行实验及地面模拟试验的结果表明,原子氧对航天器表面的高温氧化、高速撞击会使大部分有机材料侵蚀严重,产生质量损失、厚度损失,使光学、热学、电学及机械参数退化,造成结构性材料强度下降、功能性材料性能变坏。原子氧氧化侵蚀过程还会造成航天器敏感表面的污染。这些会导致航天器性能下降、寿命缩短、系统设计目标失败,对航天器长寿命、高可靠技术带来严重威胁。原子氧防护技术研究主要集中在研究抗原子氧侵蚀新材料及防原子氧涂层两方面。

研究表明,聚合物经过氟化处理、添加硅成分可以提高抗原子氧侵蚀的能力。原子氧防护涂层一般采用PVD、CVD、化学涂覆等方法,大部分金属氧化物涂层都具有一定的原子氧防护能力。以SiO2、Al2O3性能最好,是目前国内外应用最普遍的防护技术。十五期间,北京卫星环境工程研究所与中国科学院沈阳金属研究所合作,采用纳米晶添加、物理气相沉积、溶胶-凝胶化学涂层等方法共同开发了多种原子氧防护材料,获得了初步的研究结果,试验表明这些材料均表现出很好的抗原子氧性能。目前,北京卫星环境工程研究所与北京空间机电研究所一起,采用溶胶-凝胶化学涂层开展卫星太阳电池阵原子氧防护工程化技术研究,已取得重要进展。http://www.gdzhenghang.net