航天器表面环境污染研究及石英晶体微天平的校测

论文摘要

航天器表面环境污染是航天器环境工程和航天器环境保障中的热门课题,本文分别从理论模式和仪器研制校测两方面对它们进行了研究。在第一部分的工作中,介绍了航天器在轨污染检测在污染诱导环境的预示系统中占有着重要的地位;对航天器表面接触到的污染物进行了分类,主要可分为分子污染和(颗粒)粒子污染两大类别,论文分别给出了理论分析模型,以及在这些理论模型对污染不同的表面造成的影响。石英晶体微天平(QCM)通过测量参考晶片与敏感晶片之间的频率差,测量表面沉积污染物的质量以及污染物的质量变化情况。在论文的第二部分,以仪器方案指标的校测工作为基础,根据具体的技术指标要求,介绍了仪器的总体设计和工作模式,完成了仪器的地面定标方案的物理设计。灵敏度的测试是仪器所有指标测试中最重要的,文中除了介绍常用的两种测量方法之外,引入目前国际上较为先进的薄膜干涉法进行灵敏度的测试,这对石英晶体微天平的精确测量有着非常重要的意义。石英晶体微天平在航天器在轨表面污染检测中的起了重要作用,主要体现在航天器表面、光学仪器和动力系统的污染检测,低地球轨道空间的原子氧检测三个方面。论文中对他们的工作模式作了介绍,并且对实施过程中可能遇到的温度效应作了分析。深冷型石英晶体微天平搭配地面的热解重量法实验(TGA),可以对在轨污染物的种类进行判别,是仪器很重要的地面实验之一。论文对它对理论基础进行了介绍,分析了实验的环境以及流程,为下一步的工作打下了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 所研究领域的现状和发展趋势
• 1.1.1 航天器表面环境污染的研究现状分析
• 1.1.2 航天器表面污染的监测
• 1.1.3 星载石英晶体微天平的发展概况
• 1.2 本论文的研究思路、目的和意义
• 1.2.1 研究思路
• 1.2.2 研究内容及意义
• 第二章 表面污染基本理论
• 2.1 分子污染
• 2.1.1 分子污染热控表面的影响
• 2.1.2 分子污染对太阳能电池的影响
• 2.1.3 分子污染对光学仪器表面的影响
• 2.1.4 分子污染检测
• 2.2 粒子污染
• 2.2.1 反射面的粒子污染效应
• 2.2.2 粒子散射的影响
• 2.2.3 粒子污染检测
• 第三章 石英晶体微天平的研制和校测
• 3.1 测量原理
• 3.2 仪器的总体设计
• 3.2.1 质量敏感器的设计
• 3.2.2 电子学线路设计
• 3.3 石英晶体微天平的性能测试
• 3.4 灵敏度
• 3.4.1 灵敏度的基本理论
• 3.4.2 灵敏度测试方法
• 3.4.3 薄膜干涉法测质量灵敏度
• 第四章 石英晶体微天平的空间应用与TGA 试验
• 4.1 石英晶体微天平的空间应用
• 4.1.1 航天器表面污染环境和光学镜头污染监测
• 4.1.2 检测动力系统的污染效应及影响
• 4.1.3 检测低轨道氧原子对材料的剥蚀效应
• 4.2 石英晶体微天平空间监测的技术特点
• 4.3 温度效应的分析
• 4.4 石英晶体微天平的TGA 实验
• 4.4.1 理论分析
• 4.4.2 TGA 实验方案及国外的结果分析
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 今后研究的设想
• 参考文献
• 附录 A
• 附录 B
• 致谢
• 硕士期间发表的学术论文和报告