航天器材料長(zhǎng)期真空-紫外輻照模擬試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)方 法 技術(shù)領(lǐng)域 [0001] 本發(fā)明屬于航天器熱控材料性能測(cè)量與考核技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種航天器材料長(zhǎng)期真空-紫外輻照模擬試驗(yàn)裝置；此外，本發(fā)明還涉及一種航天器材料長(zhǎng)期真空-紫外輻照模擬試驗(yàn)方法。 背景技術(shù) [0002] 航天器熱控材料是航天器熱控制單元的重要組成部分，它們通常直接暴露于航天器表面，承受空間各種惡劣環(huán)境的輻照與剝蝕，其熱控性能在空間環(huán)境的輻照穩(wěn)定性直接影響到航天器的使用壽命和可靠性。因此，任何一種熱控材料在用于航天器發(fā)射之前，都必須經(jīng)過(guò)地基一系列的空間環(huán)境模擬試驗(yàn)。國(guó)內(nèi)外航天器研制部門均對(duì)熱控涂層的抗空間粒子輻照性能做出了相關(guān)規(guī)定，對(duì)其測(cè)試裝置提出了嚴(yán)格要求。 [0003] 對(duì)于進(jìn)行紫外射線的輻照試驗(yàn)，需要滿足空間高真空度，即模擬環(huán)境需保持長(zhǎng)期-3 1.3×10 Pa以上的高真空；對(duì)于模擬射線，要求紫外射線光譜符合空間太陽(yáng)光譜的特征； 對(duì)于輻照強(qiáng)度，應(yīng)滿足模擬加速試驗(yàn)的材料特性要求；輻照劑量應(yīng)滿足航天器熱設(shè)計(jì)部門要求的材料考核劑量。國(guó)內(nèi)外熱控材料專家通過(guò)對(duì)模擬試驗(yàn)、飛行試驗(yàn)的結(jié)果分析，得出熱控涂層的太陽(yáng)吸收比是衡量熱控涂層性能退化的最主要參數(shù)，目前國(guó)內(nèi)外空間環(huán)模輻照科學(xué)試驗(yàn)中，也是通過(guò)考核這個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)熱控涂層的退化性能。但由于大多數(shù)材料經(jīng)輻照產(chǎn)生的光學(xué)衰退效應(yīng)，在接觸了大氣中的氧氣后會(huì)有復(fù)原現(xiàn)象，因此要求必須使用原位測(cè)量技術(shù)。 [0004] 太陽(yáng)吸收比的測(cè)試方法通常是反射率測(cè)定法，即先測(cè)出表面對(duì)太陽(yáng)輻射的反射比ρs，對(duì)于熱控涂層這類不透明材料而言，太陽(yáng)吸收比αs： [0005] αs＝1-ρs。 (1) [0006] 因此，在利用光譜反射率裝置測(cè)量時(shí)αs，首先測(cè)出表面對(duì)不同波長(zhǎng)輻射的光譜反射率，再計(jì)算出太陽(yáng)反射率ρs [0007] -2 -1 [0008] 式中Sλ-投射在表面上的太陽(yáng)光譜輻射照度W·m ·μm ； [0009] λ-波長(zhǎng)μm。 [0010] 目前，我國(guó)航天器熱控材料的研究與研制單位中，紫外輻照樣品的太陽(yáng)吸收比測(cè)試技術(shù)主要有以下兩種，一種是本項(xiàng)發(fā)明單位曾在國(guó)家“九五”期間發(fā)展了一種“熱控涂層材料的‘原位’測(cè)試方法”(中國(guó)專利CN1180838A)。該方法是將單一樣品密封在抽真空的石英管中再進(jìn)行紫外輻照試驗(yàn)，解決了當(dāng)時(shí)熱控涂層真空紫外老化試驗(yàn)這一關(guān)鍵問(wèn)題，但這種方法不能保證試管長(zhǎng)時(shí)間的真空度，而且裝在石英窗口內(nèi)的樣品也不能進(jìn)行真空遠(yuǎn)紫外(波長(zhǎng)小于200nm的射線)的輻照試驗(yàn)，已不能滿足我國(guó)熱控涂層長(zhǎng)壽命的新要求。 [0011] 另一種是其它進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)的單位，采用早年從國(guó)外整體進(jìn)口的綜合輻照設(shè)備，主要用于綜合環(huán)境試驗(yàn)，在進(jìn)行紫外輻照模擬試驗(yàn)時(shí)，有效輻照面積較小，測(cè)量光譜范圍較窄，測(cè)試光譜范圍是350～1100nm，按這段光譜在太陽(yáng)光譜范圍內(nèi)所占的比例來(lái)?yè)Q算太陽(yáng)吸收比的值，無(wú)法獲知材料在太陽(yáng)全波段的退化情況。同時(shí)，對(duì)于空間3～5年的紫外輻照劑量，由于加速比的限制，在使用綜合輻照設(shè)備時(shí)，地面需要進(jìn)行的時(shí)間將為3～5個(gè)月，有時(shí)達(dá)6～8個(gè)月甚至更長(zhǎng)。由于使用周期過(guò)長(zhǎng)，試驗(yàn)設(shè)備原因，該項(xiàng)模擬試驗(yàn)通常無(wú)法完全實(shí)現(xiàn)。因此，迫切需要一種專門適用長(zhǎng)期真空-紫外輻照模擬試驗(yàn)的裝置。 發(fā)明內(nèi)容 [0012] 針對(duì)中國(guó)專利CN1180838A和前述綜合輻照設(shè)備存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種航天器材料長(zhǎng)期真空-紫外輻照模擬試驗(yàn)裝置，并提出一種航天器材料長(zhǎng)期真空-紫外輻照模擬試驗(yàn)方法，以滿足空間環(huán)境模擬試驗(yàn)的要求。 [0013] 為了解決本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的航天器材料長(zhǎng)期真空-紫外輻照模擬試驗(yàn)裝置由模擬光源單元、真空控制單元和原位測(cè)量單元、工控機(jī)自動(dòng)控制單元組成，模擬光源單元對(duì)真空控制單元中的樣品進(jìn)行太陽(yáng)模擬光照；原位測(cè)量單元給真空控制單元提供各波段光源，并通過(guò)紫外/可見(jiàn)/近紅外光纖光譜儀光纖光譜儀或紅外光纖光譜儀捕捉采集樣品信號(hào)；模擬光源單元與原位測(cè)量單元相互獨(dú)立；工控機(jī)自動(dòng)控制單元通過(guò)通信信號(hào)分別對(duì)模擬光源單元、真空控制單元和原位測(cè)量單元進(jìn)行自動(dòng)化操作。 [0014] 本發(fā)明中，模擬光源單元由相互獨(dú)立的近紫外太陽(yáng)模擬光源和遠(yuǎn)紫外光源組成，近紫外太陽(yáng)模擬光源由近紫外太陽(yáng)模擬器反光鏡、電源控制器、光學(xué)積分器和汞氙燈組成，電源控制器通過(guò)加在汞氙燈上的電壓使燈激發(fā)點(diǎn)亮，汞氙燈發(fā)出近紫外太陽(yáng)模擬光源，通過(guò)近紫外太陽(yáng)模擬器反光鏡和光學(xué)積分器形成的光學(xué)系統(tǒng)后，被引入輻照真空室對(duì)樣品進(jìn)行紫外輻照。 [0015] 本發(fā)明中，真空控制單元由輻照真空室、測(cè)量真空室和抽氣單元組成，抽氣單元將輻照真空室和測(cè)量真空室抽為復(fù)合要求的真空環(huán)境，測(cè)量真空室通過(guò)真空閥門與輻照真空室相連接，輻照真空室由樣品臺(tái)和輻照真空室腔體組成，樣品臺(tái)置于輻照真空室腔體內(nèi)部；

1.一種航天器材料長(zhǎng)期真空-紫外輻照模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，由模擬光源單元(1)、真空控制單元(2)、原位測(cè)量單元(3)和工控機(jī)自動(dòng)控制單元(4)組成，模擬光源單元(1)對(duì)真空控制單元(2)中的樣品進(jìn)行太陽(yáng)模擬光照；原位測(cè)量單元(3)給真空控制單元(2)提供各波段光源，并通過(guò)紫外/可見(jiàn)/近紅外光纖光譜儀(31)或紅外光纖光譜儀(32)捕捉采集樣品信號(hào)；模擬光源單元(1)與原位測(cè)量單元(3)相互獨(dú)立；工控機(jī)自動(dòng)控制單元(4)通過(guò)通信信號(hào)分別對(duì)模擬光源單元(1)、真空控制單元(2)和原位測(cè)量單元(3)進(jìn)行自動(dòng)化操作。 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航天器材料長(zhǎng)期真空-紫外輻照模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，模擬光源單元(1)由相互獨(dú)立的近紫外太陽(yáng)模擬光源(11)和遠(yuǎn)紫外光源(12)組成。 3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的航天器材料長(zhǎng)期真空-紫外輻照模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的近紫外太陽(yáng)模擬光源(11)由近紫外太陽(yáng)模擬器反光鏡(111)、電源控制器(112)、光學(xué)積分器(113)和汞氙燈(114)組成，電源控制器(112)通過(guò)加在汞氙燈(114)上的電壓使燈激發(fā)點(diǎn)亮，汞氙燈(114)發(fā)出近紫外太陽(yáng)模擬光源通過(guò)近紫外太陽(yáng)模擬器反光鏡(111)和光學(xué)積分器(113)形成的光學(xué)系統(tǒng)后，被引入輻照真空室(21)對(duì)樣品進(jìn)行紫外輻照。 4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的航天器材料長(zhǎng)期真空-紫外輻照模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的汞氙燈(114)的最高功率為5000W，可發(fā)射200nm～400nm的近紫外光光譜。 5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的航天器材料長(zhǎng)期真空-紫外輻照模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的遠(yuǎn)紫外光源(12)由兩個(gè)150W高功率氘燈組成，與樣品的距離可調(diào)節(jié)。 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航天器材料長(zhǎng)期真空-紫外輻照模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的真空控制單元(2)由輻照真空室(21)、測(cè)量真空室(23)和抽氣單元(22)組成，其中：抽氣單元(22)將輻照真空室(21)和測(cè)量真空室(23)抽為符合要求的真空環(huán)境，測(cè)量真空室(23)通過(guò)真空閥門與輻照真空室(21)相連接。 7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的航天器材料長(zhǎng)期真空-紫外輻照模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的輻照真空室(21)由樣品臺(tái)和輻照真空室腔體組成，樣品臺(tái)置于輻照真空室腔體內(nèi)部。