专利名称：用于原子氧散射角分布及侵蚀率测量的试验系统的制作方法
技术领域：
本发明属于空间环境及效应探测领域，具体来说涉及一种能够准确测量空间原子氧散射角分布及侵蚀率的系统。
背景技术：
原子氧环境是指低地球轨道(通常认为200 700km高度)上以原子态氧存在的残余气体环境。空间飞行试验和地面模拟试验表明，原子氧对航天器热控材料、结构材料等均存在氧化剥蚀效应，从而造成材料功能的下降，主要表现在材料质量和厚度的损失、表面形貌的变化以及各种性能参数的衰退等。目前，数值仿真分析方法是对航天器材料空间原子氧环境效应评价的一种重要手段。
国外航天发达国家经过多年的技术积累，先后开发了 FLUXAVG、S0LSHAD、ESABASE/ Atomox等多个软件系统，用于航天器外表面遭受原子氧通量的2D或3D分析及材料的损伤效应分析，如剥蚀形貌、材料反应率的变化等。但由于航天器结构的复杂性，许多外表面均会不同程度的遭受散射原子氧的侵蚀，因此为保证软件计算结果的准确性，提高软件计算的可信度，需要有准确的原子氧散射角分布及侵蚀率数据作为软件参数的设定依据。目前，国外通过飞行试验手段建立了航天器材料空间环境效应数据库，积累了大量的材料在轨数据，能够满足软件计算的要求，但出于保密的原因，国内至今无法获得该方面的技术资料。因此，为满足空间环境效应分析的要求，提供一种原子氧散射角分布及侵蚀率的测定系统及测定方法非常必要。

发明内容
本发明的目的是提供一种原子氧散射角分布及侵蚀率的测定系统，该系统能够准确、高效地测量空间原子氧的散射角分布及侵蚀率，从而提高了原子氧环境效应仿真分析的准确性，为航天器材料原子氧环境适应性评价工作奠定了基础，保证了我国航天器在轨的可靠运行。同时，也提供了一种利用上述系统测定原子氧散射角分布及侵蚀率的方法。为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案—种用于原子氧散射角分布及侵蚀率测量的试验系统，包括靶台机构、铝散射板、 两端开口的散射腔体、Kapton薄膜、SiO2Aapton薄膜以及原子氧发生系统，散射腔体的下端开口设置在叠置于靶台机构上的铝散射板上，Kapton薄膜设置在散射腔体内部，中心设置有圆孔的Si02/Kapton薄膜机械固定在散射腔体的上端开口，设置在散射腔体上方的原子氧发生系统通过上述圆孔向散射腔体内产生原子氧，散射腔体内的Si02/Kapton薄膜表面以及Kapton薄膜表面上分别散落设置有不与原子氧反应起保护作用的NaCl颗粒，散射腔体底部的铝散射板对入射原子氧进行不同角度的散射。其中，NaCl颗粒通过物理方法(例如NaCl饱和水溶液喷洒、涂覆等)不会脱落地散落设置在Si02/Kapton薄膜以及Kapton薄膜上，且与其接触的薄膜位置无压痕损伤；
其中，靶台结构为能够空间转动的靶台结构，以对不同入射角的原子氧束的散射角分布及侵蚀率进行测定；其中，铝散射板表面有凹槽，与散射腔体的底部紧密配合。进一步地，原子氧发生系统为束流式原子氧发生系统，能够产生束流密度为 1014-1016atoms/cm2 · s 的中性原子氧。进一步地，Si02/Kapton薄膜的SiO2面能够抵制原子氧的侵蚀,而Kapton面用于与散射原子氧反应。进一步地,机械固定是通过用固定螺栓连接散射腔体、Si02/Kapton薄膜及祀台机构来固定的。本发明用于原子氧散射角分布及侵蚀率测量的试验系统能够为航天器外露材料原子氧环境效应仿真分析模型及软件参数的设定提供依据，通过该试验系统得到的原子氧侵蚀率测量结果为航天器非暴露表面材料的设计及选择奠定了基础。



图I是本发明的用于原子氧散射角分布及侵蚀率测量的试验系统结构示意图。其中，I为原子氧发生系统；2为Si02/Kapton薄膜(表面镀制有SiO2防护层的 Kapton薄膜)；3为Kapton薄膜；4为NaCl颗粒；5为散射腔体；6为铝散射板；7为靶台机构；8为固定螺栓。
具体实施例方式以下介绍的是作为本发明所述内容的具体实施方式
，下面通过具体实施方式
对本发明的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式
只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。图I为本发明的用于原子氧散射角分布及侵蚀率测量的试验系统示意图，其中， 该试验系统包括原子氧发生系统I、Si02/Kapton薄膜(表面镀制有SiO2防护层的Kapton 薄膜)2>Kapton薄膜3、散落在Si02/Kapton薄膜2及Kapton薄膜3表面上的NaCl颗粒4、 用于安装或固定Si02/Kapton薄膜2及Kapton薄膜3的散射腔体5、与散射腔体5紧密配合的用于与入射原子氧发生碰撞的招散射板6、安装Si02/Kaptcn薄膜2、Kapton薄膜3、散射腔体5、铝散射板6的靶台机构7、连接Si02/Kapton薄膜2、散射腔体5、铝散射板6的固定螺栓8。SiO2Aapton薄膜2中心带有圆孔，使得入射原子氧穿透圆孔与铝散射板6碰撞。 该测量系统工作时，原子氧发生系统I产生高密度的原子氧束，原子氧穿过Si02/Kapton薄膜2的表面圆孔进入散射腔体5内，并与铝散射板6发生碰撞造成原子氧束的散射，散射原子氧会与安装在散射腔体5内的Si02/Kapton薄膜2及Kapton薄膜3发生反应，由于NaCl 与原子氧不反应，因此与NaCl接触的Si02/Kapton薄膜2及Kapton薄膜3表面不会发生侵蚀，而其周围未受到NaCl保护的Kapton薄膜将发生侵蚀。当整个系统工作一段时间后， 取出带有NaCl颗粒4的Si02/Kapton薄膜2及Kapton薄膜3,利用纯净水清洁薄膜表面， 去除NaCl颗粒4，并对Kapton薄膜不同部位进行扫描电镜观察，获得薄膜不同位置处的材料侵蚀厚度，并通过测试点与原子氧入射位置的坐标确定散射角的分布。另外，通过称量薄膜的质量损失，可以得到散射原子氧的侵蚀率。在整个系统制作过程中，NaCl颗粒应通过物理方法散落在Si02/Kapton薄膜及Kapton薄膜上，需保证其不脱落，同时要求与其接触薄膜位置无压痕等损伤。靶台结构能够实现空间转动，满足不同入射角的原子氧束散射角分布及侵蚀率测定的要求。铝散射板表面有凹槽，保证与散射腔体底部紧密配合。
尽管上文对本发明的具体实施方式
给予了详细描述和说明，但是应该指明的是， 本领域的技术人员可以依据本发明的精神对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用在未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明保护范围之内。
权利要求
1.一种用于原子氧散射角分布及侵蚀率测量的试验系统，包括靶台机构、铝散射板、两端开口的散射腔体、Kapton薄膜、SiO2Aapton薄膜以及原子氧发生系统,散射腔体的下端开口设置在叠置于靶台机构上的铝散射板上，Kapton薄膜设置在散射腔体内表面，中心设置有圆孔的SiO2Aapton薄膜机械固定在散射腔体的上端开口，设置在散射腔体上方的原子氧发生系统通过上述圆孔向散射腔体内产生原子氧，散射腔体内的SiO2Aapton薄膜表面以及Kapton薄膜表面上分别散落设置有不与原子氧反应起保护作用的NaCl颗粒，散射腔体底部的铝散射板对入射原子氧进行不同角度的散射。
2.如权利要求I所述的试验系统，其中，NaCl颗粒通过物理方法不会脱落地散落设置在SiO2Aapton薄膜以及Kapton薄膜上,且与其接触的薄膜位置无压痕损伤。
3.如权利要求I所述的试验系统，其中，靶台结构为能够空间转动的靶台结构，以对不同入射角的原子氧束的散射角分布及侵蚀率进行测定。
4.如权利要求I所述的试验系统，其中，铝散射板表面有凹槽，与散射腔体的底部紧密配合。
5.如权利要求1-4任一项所述的试验系统，其中，原子氧发生系统为束流式原子氧发生系统，能够产生束流密度为1014-1016atomS/Cm2 s的中性原子氧。
6.如权利要求1-4任一项所述的试验系统,其中SiO2Aapton薄膜的SiO2面能够抵制原子氧的侵蚀，Kapton面用于与散射原子氧反应。
7.如权利要求1-4任一项所述的试验系统，其中，机械固定是通过用固定螺栓连接散射腔体、SiO2Aapton薄膜及祀台机构来固定的。
全文摘要
本发明提供了一种用于原子氧散射角分布及侵蚀率测量的试验系统，其中散射腔体的下端开口设置在叠置于靶台机构上的铝散射板上，SiO2/Kapton薄膜机械固定在散射腔体的上端开口，Kapton薄膜设置在散射腔体内表面，SiO2/Kapton薄膜中心设置有圆孔，设置在散射腔体上方的原子氧发生系统通过上述圆孔向散射腔体内产生原子氧，散射腔体内的SiO2/Kapton薄膜以及Kapton薄膜表面上分别散落设置有不与原子氧反应起保护作用的NaCl颗粒，散射腔体底部的铝散射板对入射原子氧进行不同角度的散射。该试验系统能够为航天器外露材料原子氧环境效应仿真分析模型及软件参数的设定提供依据，通过该试验系统得到的原子氧侵蚀率测量结果为航天器非暴露表面材料的设计及选择奠定了基础。
文档编号G01N5/04GK102706312SQ20121021986
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月29日 优先权日2012年6月29日
发明者刘向鹏, 姜海富, 孙继鹏, 李涛, 翟睿琼 申请人:北京卫星环境工程研究所