热控涂层国际标准简介与分析.pdf

洽层国际标准简玢与鸯冷木 张兴超1李明忠2 林海波1 ( 1 航天标准化与产品保证研究院，北京，1 0 0 0 7 1 ； 2 内蒙古红岗机械厂，内蒙古，0 1 0 0 7 6 ) 文摘：简要介绍I S O 两项热控涂层国际标准草案的适用范围、技术背景和主要内容， 对比分析两项草案与国内标准技术内容的异同点。 关键词：航天器；热控涂层；材料标准；I S O 标准。 热控涂层是航天器被动式温度控制最常用的 手段。热控涂层的性能优劣对于航天器寿命至关 重要特别是在我国，热控涂层的技术水平已经 成为制约我国发展长寿命卫星和空间站的关键因 素之一。 在空间飞行活动比较频繁和在轨飞行时间较 长的俄罗斯、美国等航天强国，对于热控涂层技 术领域已经积累了丰富的经验并且多次进行热 控涂层的空间飞行直接晒露试验。积累了大量科 学数据。制定了多项标准。 在国际标准化领域分别由俄罗斯和日本相 继提出了两项热控涂层国际航天标准提案：空 间系统一航天器热控涂层一通用要求、空间 系统一热控材料热辐射性能测试。这两项标准 是由I S O T C 2 0 S C l 4 ( 国际标准化组织航空航天 标准化技术委员会空间系统及其应用分技术委 员会) 下设的第六工作组( 材料与工艺组) 负责 起草的。通过分析两项标准草案的技术内容。并 与国内相关标准进行对比可为我国热控涂层标 准制修订提供很好的借鉴。确保航天产品质量， 本文源于国防科技工业技术基础项目( B 0 3 2 0 1 1 1 5 0 1 ) 。 航天标准化2 0 1 1 年第3 期 提升我国的空间产品质量水平。 1热控涂层国际标准简介 1 1空间系统一航天器热控涂层一通用要求 I S ON 7 1 9 空间系统一航天器热控涂层一 通用要求由俄罗斯于2 0 1 0 年提出。目前处于 新工作项目提案阶段( N P ) 。该标准适用于卫 星、飞船设备热控系统中的热控涂层。根据热控 涂层在热控系统中的用途、通用性能及相关特 性。标准对热控涂层进行了分类。明确了涂层制 备、涂层系统的应用与固化的要求。并规范了热 控涂层性能测试方法要求。该标准从管理、工 程、控制与产品保证等方面对热控涂层进行规范 控制。将降低由热控涂层引起的风险概率。促进 热控涂层在空间项目中的有效应用。 1 1 1 热控涂层分类 根据其不同的功能I S ON 7 1 9 将热控涂层 分为以下几类： I 完全吸收层( _ + l ，占一1 ) ； I I 太阳反射层( 甜- + 0 ，占。一1 ) ； 一3 5 万方数据 I I I 太阳吸收层( a 一1 ，占，一0 ) ； I V 完全反射层( 甜_ + O ，占，一0 ) 。 这种分类方法的依据是其吸收或反射辐射能 的能力。其中I 类和I I 类热控涂层应用最广泛。 I 类热控涂层( T C C I ) 为黑色。 I I 类热控涂层 ( T C C I I ) 为白色( 纯白) 。 I 类热控涂层( 黑色) 用于增强设备表面和 元件之间以及设备、元件与环境之间的辐射热传 输。其应用于航天器光学设备( 辐射测量设备， 盛蕴蕴屋厘篚蕴蕉厦硷复壁蕴：丝烂虚差 如理想辐射器) 的表面，光学设备( 照相机、望 远镜、地球表面扫描仪) 的镜头单元、承力桶。 以及热辐射器的表面以达到吸收太阳辐射的目 的。 I I 类热控涂层( 白色) 用于降低航天器设计 单元的温度使其维持在工作范围内。同时提高 热控( 分) 系统的效率。 1 1 2 一般性能要求 I S ON 7 1 9 规定的热控涂层通用要求见表1 。 表1T C C I 和T C C I I 热控涂层通用性能 标准数值 性能试验方法 T C C IT C C I I 颜色黑色白色I S O3 6 6 8 ：1 9 7 6 ( G O S T2 9 3 1 9 9 2 ) 色漆和清漆色漆的目视比色 涂层干燥时间l lG O S T1 9 0 0 7 7 3 涂料干燥时间的测定 ( 2 0 2 ) o C 时 2 O1 5 G O S TR5 2 1 6 5 2 0 0 3 涂料清漆通用规范 I S O4 6 2 4 ：2 0 0 2 色漆和清漆拉开法附着力试验 附着力等级22 G O S T1 5 1 4 0 7 8 涂料附着力测试方法 体电阻率p ，( O h m x m ) 7 x 1 0 35 x 1 0 5 G O S T2 0 2 1 4 7 4 电导率塑料直流电压下相对体积电阻率测试方法 电阻R ( O h m ) l x l0 6l x l 0 6 G O S T6 4 3 3 2 - 7 l 固态电绝缘材料直流电压下评价电阻的方法 出气性： G O s TR5 0 1 0 9 9 2 非金属材料 真空热环境中质量损失和挥发凝 质量损失( ) 1 0 1 O 结物含量测试方法 凝结物( ) 0 10 1 光学性能： 太阳吸收率 0 9 5O 3 g r j l - 发射率吼 O 9 2O 9 0 在以下情况下太阳吸收率变化吼 太阳紫外辐照( 曝光量1 0 0 e s d ) 0 0 0 50 0 4 A S T ME 4 0 8 7 1 ( 2 0 0 8 ) 用检测仪技术测定表面总垂直辐射的试验 电子辐照( 能量密度5 x 1 0 1 6 c m - 2 。 ：t O 0 0 50 0 4 方法 能量4 0 k e V ) A S T ME 4 9 0 - 0 0 ( 2 0 0 6 1 标准日光常数和零气团E l 光分光照度表 质子辐照( 能量密度5 x 1 0 6 c m - 2 ， 0 0 0 50 1 0 A S T ME 9 0 3 9 6 使用积分球对太阳吸收比反射比和透射比的试验 能量4 0 k e V ) 方法 在地球静止轨道1 年士o 0 0 5O 1 0 E C S S Q S T - 7 0 - 0 9 C 热控材料热辐射性能测量 在外空间1 年( 轨道高度H 0 0 0 5O 0 2 4 0 0 k m ) 红外发射率变化瓯 0 0 20 0 2 耐久性在1 0 0 温度下循环1 0 0 l 一21 2 I S O4 6 2 4 ：2 0 0 2 色漆和清漆拉开法附着力试验 次通过粘附数来测量 G O S T1 5 1 4 0 一7 8 涂料附着力测试方法 G O S TR5 1 6 9 4 - 2 0 0 0 ( I S O2 8 0 8 ：2 0 0 7 ) 色漆和清漆漆膜厚度的 涂层厚度饥 1 0 01 5 0 测定 1 1 3 质量保证要求 外观检查。在不低于3 0 0l u x 光照下进行 目视检查。 涂层的颜色和外观及干燥时间通过参比试 样来确定，参比试样是用与航天器实际使用的相 一3 6 一 同材料制备而成，且面积不小于( 5 0 x 5 0 ) m i l l 2 、 厚度不小于1 5 m m 2 0 m m 。 热控涂层的和占。应在完全固化后测试， 采用便携式光谱法测试o r , 采用法向发射率法测 试占。如果产品由于设计特点很难或不能进行o r , 航天标准化2 0 11 年第3 期 万方数据 和晶测试，允许通过测试参比试样获得数值。 参比试样应与产品热控涂层具有相同制造工艺： 热控涂层的厚度按I S O2 8 0 8 ：2 0 0 7 用无损 方法进行测试。 热控涂层的A o q 和如。应通过在特殊腔体 中模拟空间环境条件进行测试。 漆膜固化时间的测定：一张纸片放置在涂 层表面，一个橡胶盘放置在纸片上。且在其中心 加载2 0 0 9 的载荷。加载( 6 0 + 2 ) 8 后，取走橡 胶盘。将涂层板连同纸片从2 8 r a m 一3 2 m m 高度自 由落到一个木制表面。如果纸片从涂层上脱开 即达到了所需的干燥程度。 热控涂层的附着力测试：金属表面按I S O 2 4 0 9 ：2 0 0 7 进行横切测试：非金属表面按I S O 4 6 2 4 ：2 0 0 2 进行拉开测试。 耐久性测试：在一个能模拟环境条件的特 殊腔体里进行高低温循环试验。 质量损失和凝结物( 出气) 测试G O S TR 5 0 1 0 9 9 2 。A S T NE5 8 5 或E S AP S S 一0 1 7 6 进行。 电阻和体电阻率通过探针测量。平试样至少 要2 5 n u n x 5 0 m m ，管状试样推荐最小直径5 0 m m 。 1 2 空间系统一热控材料热辐射性能测试 I S O1 6 3 7 8 ( C D ) 空间系统一热控材料热 辐射性能测试由日本于2 0 0 9 年提出。目前处 于委员会草案阶段( C D ) 。该标准规定了热控材 料热辐射性能测试的方法、仪器、设备和试样。 该标准涉及多种方法。在标准附录中详细介绍了 这些方法及其试样形式和计算方法。 太阳吸收比和发射率是表征材料热辐射性能 的参数用于航天器和地面设备主动和被动热设 计的重要输入。许多组织用各自的方法和设备测 试这些参数。基于的标准也不同。因此获得的数 据具有偏差和局限性。当前。这些数据都在用于 航天器的热设计。却没注意到测试方法的不同。 该标准规定了多种测试方法比较了它们的特 点，指出了它们的局限，以指导这些数据的应 用。 1 2 1 测试方法分类 该标准所涉及的测试方法包括：光谱法测 太阳吸收比( o r , ) ；相对法测太阳吸收比 ( ) ；量热计法测半球发射率( 巩。) ；红外 航天标准化2 0 11 年第3 期 盎定蕴层厘厦瘟蕉厦硷复左蕴：匿烂虚差 光谱法测半球发射率( 8 。) ；红外光谱法测法 向发射率( 岛) ；椭圆集光器测法向发射率 ( 占。) ；双旋转腔测法向发射率( 占一) 。 1 2 2 质量保证要求 关键参数的测试精度： 太阳吸收比：0 0 0 5 ( 无维度) 或测量值的 5 ； 发射率：0 0 0 5 ( 无维度) 或测量值的5 ； 试样厚度：1 0 一h m ( 块体材料) ： 试样厚度：1 0 3 m m ( 薄膜、漆膜和涂层) ； 温度：5 K 。 在测试过程中所观察到的任何不合格项目都 应按质量保证要求进行处理。 每项标准仪器和试验设备都应进行校准：任 何可疑或实际出现的设备故障都应记录在项目不 合格报告中。以便检查过去的结果。确定是否需 要重新进行检验或测试。不合格的详细情况应通 知用户。 从开始检测到最终的测试和计算的整个过 程，包括测试设备和人员的详细情况。都应可追 溯。 2 对热控涂层国际标准的分析与研究 我国热控涂层通用标准有G J B2 7 0 4 A 一2 0 0 6 航天器热控涂层通用规范，通过与I S ON 7 1 9 中的T C C I 和T C C I I 性能的对比( 见表2 ) 。可 以看出我国热控涂层产品性能与国际还有一定差 距，有些性能指标在标准中没有进行规定( 此类 性能指标表2 中没有列出。相关性能比照表1 ) 或规定的不具体( 如在地球静止轨道1 年太阳 吸收比的变化、附着力) 。有些性能指标偏低 ( 如体电阻率) 。因此。需要跟踪I S ON 7 1 9 制定 工作进展分析我国能否达到标准草案所要求 的技术内容不断提高我国产品性能并完善国内 标准。 我国热控涂层试验方法标准有G J B2 5 0 2 1 2 5 0 2 1 0 2 0 0 6 航天器热控涂层试验方法系 列通过与I S O1 6 3 7 8 中的热辐射性能试验方法 的对比( 见表3 ) 。目前国内外在热控涂层热辐 射性能测试方面采用的测试原理基本一致主要 通过积分球光谱法测试太阳吸收比。通过量热计 一3 7 万方数据 盛崖蕴屋厘笸筮蕉崖壁复壁趁：蕴烂虚差 表2国外与国内热控涂层性能指标对比 N 7 1 9 标准数值 性能 国内典型热控涂层要求 代C - IT C C - I I 应于基体结合牢固，经环境试验后。不起泡、不起皮、不开裂、 附着力等级22 不脱落 体电阻率p ( O h r a x m ) ， 7 x 1 0 35 x 1 0 sI x l 0 7 出气性： 质量损失( ) 1 0 1 _ 01 0 凝结物( ) 0 1O 1 O 1 光学性能：S R l 0 7 一$ 7 3 1 黑漆：$ 7 8 1 白漆： 太阳吸收率 0 9 50 30 9 2 O 1 5 红外发射率巩 O 9 20 9 00 8 90 8 7 在以下情况下太阳吸收率变化 太阳紫外辐照( 曝光量l O O e s d ) x - 0 0 0 50 0 4 0 0 5 电子辐照( 能量密度5 x l O m - 2 。 ：t O 0 0 50 0 4 O 0 3 能量4 0 k e V ) 质子辐照( 能量密度5 x 1 0 t - s c m - 2 。x , O 0 0 50 1 0O 0 3 能量4 0 k e V ) 在地球静止轨道1 年O 0 0 50 1 0 在外空间1 年( 轨道高度H x - 0 0 0 5O 0 2 4 0 0 k i n ) 红外发射率变化岛 0