空间科学应用.doc

一、请列举航天器在空间环境中所面临的六个主要威胁，并简要回答这些环境因素对于载人航天的影响?答：1、真空环境。由于没有大气层对太阳射线的过滤，尤其是太阳紫外射线会造成材料讲解；另外在真空环境中一旦航天器真空泄露，对宇航员的生命造成极大的威胁；真空环境下太阳能电池板无法顺利展开等。2、中性粒子环境。机械效应有：启动阻力，物理性溅射；化学效应有：原子氧腐蚀，其中原子氧腐蚀严重影响材料性能。3、等离子环境。会造成航天器表面带点，尤其是间断容易引起间断放点效应，因此在航天器的设计中应尽量避免尖角类的设计。4、辐射环境。会造成航天器太阳能电池性能降低，传感器性能减低，电子设备性能降低等。5、空间碎片。空间碎片，也叫太空垃圾。人类空间活动40余年，产生的空间碎片数以亿计，其中1厘米以上的碎片有近百万个，它们对载人航天器构成了灾害性威胁。目前人类对其中的9600余个大于10厘米的碎片具备了监测能力，通过计算可能使载人航天器避免与之相撞，但是对于那些无法监测的，只能听天由命，一旦撞上可能就需要应急返回，不过这种相撞概率极小。6、磁场环境。会引起航天器的一些材料、器件和人体辐射损伤等。除了以上六方面的主要威胁外还有其他方面的威胁，如环境温度过低，造成航天器的冷焊，还有温差大对材料的性能也会造成极大影响，另外还有失重环境等。二、为什么说太空中的宇航员并不是处于“零重力”环境？为什么说失重是对空间中重力环境最好的描述？答：（1）失重，就是物体不被引力所作用。宇宙中不只一个天体，众多天体的引力会形成一个引力场。因此，太空不会是失重环境。当然，就局部地区来说，如在地月系统中，只考虑地球与月球的引力，在地球与月球之间的某些点上，地球与月球的引力相互抵消，重力为零。在日-地之间也有引力平衡点，航天器所处的失重状态严格说是微重力状态宇航员在航天器中并不是出于“零重力”环境真是由于上述原因造成的。（2）完全失重状态只是理想状态，微重力才是实际情况，但在研究空间环境时可以用失重来描述。三、什么是原子氧？它对航天器的影响是什么？答：（1）原子氧是指低地球轨道（通常认为200km-700km高度）上以原子态氧存在的残余气体环境。在这个轨道高度上，气体总压力为10-510-7 Pa，环境组分有N2、O2、Ar、He、H及O等，相应的粒子密度约为106109cm-3。 原子氧在残余大体中占主要成分。原子氧是太阳光中紫外光线与氧分子相互作用并使其分解而形成的。（2）原子氧腐蚀是原子氧对航天器的最重要影响。原子氧与航天器发生相互作用可以引起航天器结构材料的剥蚀老化，损害航天器热控涂层严重危害航天器的可靠运行。由于在这个高度大气密度过低，不能经过复合作用形成臭氧、双原子氧。因此在180-650km高度范围内原子氧是浓度最大的成分，另外原子氧的浓度也随太阳活动的变化而变化，在太阳周或不同太阳周内变化可达几个量级。LEO轨道原子氧是氧高度活性形式，有足够的能量破坏物质化学键。试验结果计算，在一个太阳活动周内，飞行器迎风表面厚度有可能损失30微米厚涂层，而太阳能电池板表面的涂层也只有100200微米厚。在航天器速度头方向，原子氧是造成航天器表面被破坏的主要原因。国外飞行试验和地面模拟都表明原子氧的碰撞可以使聚酰亚胺材料质量减少、光学性能变化，机械强度下降。因此聚酰亚胺在长寿命低轨道卫星表面必须使用有效防护措施，比如等离子体聚合硅氧烷涂层，金属和陶瓷材料（银和锇对原子氧敏感 银被用作太阳阵上电连接 锇用作紫外光学仪器的反射表面 所以需要防护）多数对原子氧不敏感，而且可以形成氧化膜保护自己。NASA采用氟化镁作为银的防护涂层， 国际空间站用1300A厚的溅射沉积SiOx（这里1.9x2）作为太阳能电池板的涂层，而试验表明真空沉积铝涂层效果更好。四、太空环境中真空带来的主要问题是什么？答：1、压力差效应。如真空泄露，约50%的重大故障与真空泄露有关，1976年苏联“联盟”11号飞船在返回地面时由于真空泄露造成3名宇航员的死亡。2、真空放电效应。如短路故障、电弧放电故障等3、真空出气效应。气体会不断从材料表面释放出来，对材料性能造成影响。4、材料蒸发升华和分解效应。航天器表面材料的不均匀升华造成航天器的光学性能变差。5、粘着和冷焊效应。尤其是冷焊效应会造成航天器的活动部件无法展开。6、真空环境下的热辐射效应。在真空环境下航天器表面的热量主要以辐射形式传送出去，因此航天器表面材料的辐射特性对航天器的温度控制起着重要作用。五、我国的空间环境模拟技术设备KM6的主要组成和特点是什么？答：KM6载人航天器空间环境试验设备是中国最大的一台空间环境模拟试验设备，是国际上五大典型空间环境试验设备之一。已建成的有 9个分系统，模拟室由三舱组合 ，主模拟室直径 1 2 m、高 2 2 .4m,极限真空度 4.5 1 0 - 6Pa、热沉温度 1 0 0 K,主要性能达到国际先进水平。主要组成和特点：1）真空容器。真空容器主要由主容器，辅助容器和副容器组成，主容器为立式，直径12m,高22.4m,壁厚22mm；副容器直径5m,长15m,壁厚18mm。 2）热沉。热沉采用100k液氮多管系、多种结构的设计，内表面涂黑气，模拟太空4K的冷黑环境。 3）真空系统。在不同阶段采用不同的真空泵进行抽真空,模拟太空真空环境。 4）太阳模拟器KM6。太阳模拟器选用了离轴准直光学系统设计方案,并对该光学系统进行了理论分析,模拟太空环境下的太阳辐射。 5）三舱组合的结构设计。该设计由模拟室、辅助模拟室、副模拟室等三舱组合，呈丁字形结构。KM6既能够用于载人航天器的真空热试验，又可应用于卫星及大型组件的展开实验，航天员出舱操作训练实验，舱段对接实验等。六、地面微重力实验的主要方法是什么，有什么特点？答：（1）中性浮力水槽。中性浮力水槽产生的漂浮感觉，模拟训练航天员在失重时进行工作和维修。中性浮力水槽模拟失重的原理是，当人体浸入水中时，通过增减配重和漂浮器使人体的重力和浮力相等，即中性浮力，获得模拟失重的感觉和效应；但它并没有消除重力对于人体及其组织的作用，因此，它不同于真实的失重环境。目前，这种方法主要用于对出舱活动的航天员进行训练。一般是将1：1的航天器放入水槽中，航天员穿上改制的舱外航天服，进行出舱活动程序的模拟和技能的训练。（2）失重飞机。失重飞机主要由大型客机或运输机改造而成，让飞机飞行抛物线，在抛物线最高点出现20到25秒的失重时刻来进行相关实验，一般失重飞机一次飞行40个抛物线，特点是相对于中性浮力水槽实验成本较低并且模拟结果更逼真。（3）当然还有其他的方法如落塔法、悬吊法、气浮法等空间微重力模拟实验。七、太阳电池阵伸展机构空间环境试验技术及特点？答：太阳电池阵是由多个太阳电池板组成的阵列,在空间轨道上将太阳能转换为电能供卫星使用。目前使用最广泛的太阳电池阵形式是刚性基板的折叠式太阳电池阵,也称之为太阳翼。由于担负着为卫星提供能源的重要任务,太阳翼在发射后能否顺利展开及正常工作直接影响卫星发射的成败。太阳电池阵的空间实验主要