空间环境工程学复习题

2016年《空间环境工程学》复习题

1、简述《空间环境工程学》的内涵及研究的内容

研究空间环境及其效应与航天器的相互作用，减缓空间环境对航天器的性能、寿命及可靠性影响，提高航天器环境耐受能力的一门工程学科。

环境获取与分析、环境适应性设计与防护、环境试验评价与验证、环境模拟技术、环境工程管理

地球轨道空间环境包括那些环境因素？(回答时可不写括号中内容)

压力（真空）、温度、粒子辐射（太阳宇宙射线、银河宇宙射线、地球俘获带）、太阳电磁辐射、等离子体（磁层等离子体、电离层等离子体）、引力场、磁场、微流星体与空间碎片、中性大气（原子氧）

3、简述什么是真空环境，它的单位及如何划分真空区域？

“真空”是指在给定空间内低于一个大气压力的气体状态，也就是该空间内气体分子密度低于该地区大气压分子密度。

真空度通常用压强表示。国际单位通常用Pa（帕）表示，1Pa 为1m2面积上作用1N的力，即：1Pa= 1N/ m2

真空区划分为如下区段：

低真空：105～102Pa

中真空：102～10-1Pa

高真空：10-1～10-5Pa

超高真空：＜10-5 Pa

4、什么是分子自由程，如何计算单一气体分子平均自由程？

一个分子与其它分子每连续两次碰撞走过的路程，称作自由程。处于平衡态下，大量自由程的统计平均值，叫平均自由程。

单一气体分子平均自由程由下式计算：

( = (3.107(10-24T) / p(2（m）

式中：T------气体热力学温度（k）

p------气体压力（Pa）

(------气体分子直径（m）

5、什么是流导、分子流、粘滞流和中间流？

流导：在等温条件下，气体通过导管和孔流动时，其流量与导管的两规定截面或孔的两侧的平均压力差之比。

粘滞流：气体分子的平均自由程远小于导管最小截面尺寸的流态。粘滞流可以是层流或滞流。分子流：气体分子的平均自由程远大于导管截面最大尺寸的流态。

中间流：在层流和分子流之间状态下气体流过导管的流动。

6、什么是空间冷黑背景，为什么叫做“热沉”？

宇宙空间辐射能量极少，并且没有反射辐射，可以认为是4K的黑体，形成冷黑背景。

在这样极端低温的环境下，航天器表面辐射的能量被宇宙空间完全吸收，没有任何反射，所以称作“热沉”。

7、地球轨道航天器表面热辐射来自哪些部分？

太阳直接辐射、地球反照、地球红外辐射。

8、什么是空间碎片，空间碎片按尺寸是如何分类的，空间碎片的4个研究内容是什么。

空间碎片是人类遗留在空间的人造废弃物。通常包括完成任务的火箭箭体、卫星本体、执行

航天任务中的抛弃物、上述物体由于碰撞、爆炸、老化（退化）和降解产生的碎片、火箭的喷射物等。

目前，按照空间碎片的尺寸，通常将其分为三种：大碎片：尺寸大于10cm的废弃人造空间物体；小碎片：尺寸在1cm(10cm之间；微小碎片：尺寸在1cm以下。

空间碎片的4个研究内容为：空间碎片观测、模型和数据库、空间碎片减缓、空间碎片防护。

9、简述空间碎片撞击失效概率研究的主要内容

失效概率研究工作主要包括三个主要内容：撞击概率计算、撞击损伤特性分析（弹道极限方程、损伤方程、碎片云时空分布演化等）、失效判断。将撞击概率计算模块、超高速撞击特性数据库、失效判据数据库集成到软件平台上，就形成了空间碎片风险评估软件包。

10、简述什么是弹道极限方程

一般以临界穿孔作为航天器舱壁结构失效的准则，用临界弹丸直径与撞击速度之间的关系曲线表征航天器结构耐受空间碎片撞击的性能，这类曲线被称作结构的弹道极限曲线。用弹道极限曲线拟合的公式称作弹道极限方程。

11、简述什么是原子氧环境、产生的原因、主要环境参数。

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。原子氧环境是太阳紫外对残余大气中氧分子光致解离及残余大气在地球引力场下分层的结果。

原子氧通量密度为：200km：4(1015个/cm2.s，600km：4(1012个/cm2.s，平均动能5.3eV。12原子氧地面模拟设备主要有那几部分组成？有几类原子氧源，简述它们的原理及特点。原子氧环境模拟实验的设备是一台多参数的综合空间环境模拟器，由原子氧源、试验容器、真空抽气系统与相应的测试仪器组成。

根据原子氧源的形式可把地面模拟设备分为4种：

热等离子体式：利用射频或微波放电产生氧等离子体，将样品置于其中，利用等离子体中粒子的热动能与样品发生作用。优点是技术成熟、设备结构简单、造价低。缺点是没有束流，粒子成分复杂，不能模拟束流高速碰撞的效应。

定向等离子体式：使微波放电产生的等离子体，在磁场梯度作用下，沿磁力线漂移，产生定向运动束流，撞击到靶上。这类设备的优点是束流密度大，缺点是粒子成分复杂，定向性差。氧气激光电离气动力加速式：高密度激光束使O2高温电离为等离子体，通过超音速喷管等熵膨胀加速，喷管加速过程中使e、O+复合为O。这类设备的优点是原子氧纯度高，通量密度大，暴露面积大。缺点是加速到8km/s的轨道速度难度比较大。

氧气电离电磁加速式：利用气体放电，热电子轰击等方法，将氧气电离为等离子体，再通过离子引出、加速、质量选择、降能、中性化等手段获得中性原子氧束流。优点是易得到高速束流，束流速度可以通过改变减速极电压准确调节。缺点是中间过程多，束流密度损失大13、通常采用什么方法标定原子氧设备的束流通量密度？简述原理及标定方法。

通常采用聚酰亚胺膜质量损失法，其原理及特点如下：聚酰亚胺的原子氧反应率很稳定，不随环境条件的变化而不同。因此把它作为标准样品，通过它在原子氧试验中的质量损失来计算等效原子氧通量。计算公式如下：

f = (m/((AtS)

其中：

f ------ 通量密度，AO/cm2.s；

(m ------ 聚酰亚胺样品质量损失，g；

( ------ 聚酰亚胺密度，g/cm3；

S ------ 样品暴露在原子氧环境的面积，cm2；

t ------ 暴露时间，s；