空間輻射環境

空間輻射環境
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空間環境及其效應

丁言虎

? 航天器從運輸、發射、人軌、返回地面,要經受 各種環境的考驗,特別是在空間長期運行期間, 會遭遇很復雜的空間環境。 ? 美國1965—1986年發射的航天器發生了近2000 個異常現象與故障。美國“探險者”14號、15號、 “電星一號”由于空間輻射而損壞。“阿波羅13 號”的失敗,原蘇聯“聯盟11號”在返回途中三 名航天員的死亡,以及歐洲、日本、中國發射的 航天器也出現了各種各樣的故障。這些故障很大 程度上與環境有關。

? 空間環境很復雜。包括真空、冷黑、太陽 輻照、弱磁場、粒子輻照、磁層亞暴、微 重力、原子氧、微流星、電離層等離子體 等環境。
? 各種環境對航天器及其分系統、組件與材 料產生不同的效應。

? 地球大氣層厚度約在1000km以上,隨高度 的不同表現出不同的特點,主要分為對流 層(10-20km)、平流層(20-50km)、中間 層(50-85km)、暖層(100-800km)、散逸 層。

一、空間真空環境與其效應
? 航天器入軌后始終運行在高真空與超真空環境中, 所產生的效應如下。
? ? ? ? ? ? ? ? 壓力差效應 真空放電效應 輻射傳熱效應 真空出氣效應 材料蒸發、升華和分解效應 粘著和冷焊效應 空間大氣密度對航天器的阻尼效應 真空下材料出氣污染效應

? (一)壓力差效應 壓力差效應在10-5—10-2Pa的粗真空范 圍內發生。真空環境可能使密封艙變形或 損壞,使儲罐中校體或氣體的泄漏增大, 縮短了使用時間。

? (二)真空放電效應 ’ 當真空達到10-2Pa或更高時,在真空中分開一 定距離的兩個金屬表面,在受到具有一定能量的 電子碰撞時,會從金屬表面激發出更多的次級電 子。它們還可能與兩個面發生來回多次碰撞,使 這種放電成為穩定態,這種現象稱為放電。它會 使金屬受到侵蝕,引起溫度升高,使附近壓力升 高,甚至會造成嚴重的電暈放電。射頻空腔、波 導管等裝置,有可能由于微放電面使其性能下降, 甚至產生永久性失效。

? (三)輻射傳熱效應 在真空環境下,航天器與外界的傳熱主要 通過輻射形式,它表面的輻射特性對航天器 的溫度控制起著重大作用。航天器中靜態接 觸的部件,由于表面存在微小不均勻性和它 們之間的真空空隙,使接觸熱阻增大。

? (四)真空出氣效應 在高于10-2Pa的真空度下,氣體會不斷地從材料 表面釋放出來。 衛星材料在真空下消氣,使高溫處吸附的氣體 轉移到低溫處,造成低溫表面污染,改變表面的性 能。嚴重的污染,會降低觀察窗和光學鏡頭的透明 度、改變溫控涂層的性能、減少太陽能電池的光吸 收率以及增加電氣元件的接觸

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