AIT环境对卫星热控白漆性能影响的试验_胡太彬

2010年10月中国空间科学技术

第5期Chinese Space Science and Technology

AIT环境对卫星热控白漆性能影响的试验

胡太彬张伟

(中国空间技术研究院,北京100094)

摘要热控白漆喷涂之后至卫星发射之前需要经过数个月的部件组装和测试(AIT)阶段,AIT环境是否影响热控白漆的性能是一个疑问。将与卫星天线相同热控ACR-1白漆的试验膜放置在AIT环境中,对其吸收率和发射率进行了六次测量。通过测量数据,对比分析了AIT过程中温度、湿度、洁净度等环境因素对热控白漆性能的影响程度。结果表明,在试验周期内,A CR-1白漆的吸收率和发射率变化量不大,对白漆性能可靠性的影响度不明显;洁净度对ACR-1白漆的吸收率影响较大。因此,在AIT阶段卫星环境应保持较高的洁净度。

关键词空间环境热控涂层白漆性能变化卫星

1引言

高可靠长寿命是卫星产品区别于其他产品的重要特点之一,为了保证系统可靠性和寿命满足要求,可靠性工作必须考虑卫星的全寿命周期,对于每一阶段,既要考虑卫星本身的固有特性,还要全面地考虑卫星各级产品所处的各种环境。

卫星的部件组装和测试(Assembly Integ ratio n and T est,AIT)是对卫星进行的系统集成、综合电测、环境试验等工作,它是卫星生产的重要环节,也是卫星作为实际飞行产品经历的首个阶段。卫星在AIT阶段所处的环境与卫星发射和在轨工作阶段的环境是不同的,后者主要考虑力学环境和辐射、电磁干扰、真空热环境等太空环境,而在AIT阶段,卫星所处的环境包含温度、湿度和洁净度等厂房环境[1],还有在电测、试验中的力学环境和其他的模拟空间环境。

热控涂层、多层隔热材料等[2]热控材料是卫星热控分系统所采用的重要材料,其原理是通过调节物体表面涂层的太阳吸收率和发射率来控制物体的温度。一个典型的在轨航天器要经历高低温交变的轨道飞行环境,涂在空间飞行器外表面的热控涂层还要经受高真空、紫外照射、原子氧侵蚀、电子和质子的辐射等空间环境的影响[3]。空间热控涂层的技术水平,是发展长寿命卫星和空间站的制约因素之一[4]。

目前,在卫星研制的可靠性分析工作中,所考虑的环境均是卫星在发射阶段和在轨工作阶段的环境[5-8],而对于AIT阶段的环境对卫星可靠性的影响未见明确的分析。本文利用试验比较的方法,来研究AIT环境对卫星用热控白漆的性能变化影响。

2试验原理

利用试验对比的方法开展AIT环境对ACR-1防静电白漆性能及可靠性影响研究。本文的试验对象为卫星天线,即利用涂有与对象卫星天线相同热控ACR-1白漆的试验膜,在AIT过程中跟踪测量,考察其性能变化,分析AIT过程环境因素对热控材料性能的影响程度。

收稿日期:2009-07-01。收修改稿日期:2010-02-03

试验膜分成跟踪试验膜和对比试验膜,进行性能对比试验。跟踪试验膜跟随卫星天线经历整个AIT 流程,白漆面的朝向同天线喷涂白漆膜表面的方向。对比试验膜又分成三类,分别采用直接暴露放置、覆盖放置以及在密封袋中密封保存的方式放置在卫星AIT 大厅中。直接暴露放置的试验膜白漆面一直朝上,它比跟踪试验膜积累的灰尘要多。

暴露放置的试验膜所处的环境包含温度、湿度和洁净度;覆盖放置的试验膜所处的环境去除了灰尘,只有温度和湿度;而密封保存的试验膜仅受到温度的影响。通过三者的比较,分析各种环境因素对热控材料性能的影响。

定期和在重大试验前后、环境变化较明显事件前后,对试验膜进行性能测试,分析整个过程中热控材料性能的变化趋势。

3 试验过程

(1)加工试验样品

由于直接对正样天线进行测试有可能对天线表面产生影响,故需要制作A CR -1

防静电白漆的图1 试验膜的布置方式

试验样片跟踪AIT 过程,通过检测其性能参数的变化,来

掌握AIT 过程中ACR -1防静电白漆的性能变化程度。因

此需要白漆试验膜的材料、喷涂工艺、厚度等参数与卫星

天线的白漆参数一致。

根据性能测试的需求,试验膜的尺寸全部设计为

100mm @100mm,试验共需24块。试验膜制作时需将热

控白漆喷涂在紫铜膜上,紫铜膜的尺寸为100m m @

100mm,厚度为012mm 。

此外,试验还需要聚酰亚胺膜作为粘贴试验膜的基

底,其尺寸为400m m @250m m,共3块。采用双面压敏胶

带作为粘贴材料。试验膜的布置方式见图1。

(2)测试设备与测试方法

ACR -1防静电白漆的性能测试工作在A IT 试验区进行现场测试,测试参数为太阳吸收率和发射率。

采用LPSR 便携式太阳吸收率测试仪(精度?0101)来进行太阳吸收率测试;采用T EMP2000A 便携式热发射率测试仪(精度?0101)来进行热发射率测试。

测试仪器在现场进行测试,样片直接粘贴在膜上按照顺序依次进行测量,但要保证测量时其他样品不与仪器接触,避免造成污染。

测试时太阳吸收率和发射率同时进行、分组测量,记录测试时间和相应的太阳吸收率和发射率。测试前首先将跟踪试验膜由放置位置取下,测试完毕后放回原位。对于密封保存的试验膜,测试前由密封袋中取出,测试完毕后立刻装入密封袋。

(3)试验步骤

本次试验在卫星AIT 试验大厅内进行,全部过程跟随卫星东天线的AIT 过程,试验共历时188天。

基本过程: 中国空间科学技术 2010年10月

1)按要求加工ACR -1防静电白漆试验样品;

2)进行所有样本的初始性能测试;

3)对试验样品编号,制作试验膜,粘贴放置跟踪试验膜和对比试验膜;

4)跟踪试验膜跟踪卫星天线的A IT 试验过程;

5)测试前将试验膜取下,进行试验膜性能测试,测试完毕后将试验膜放回原位;

6)试验全过程记录环境参数;

7)进行试验直至卫星出厂。

4 试验数据及分析

试验完成后,对试验过程的环境参数和白漆的性能参数进行了分析,结果如下。

(1)环境参数

在整个AIT 阶段,热控材料所处的外部环境包括卫星天线所在厂房的温度、湿度、洁净度等工作环境,还包括总装、测试、试验等操作环境,这些环境因素均有可能影响热控材料的性能。故选择AIT 阶段的环境参数为:温度、湿度、洁净度等厂房环境以及试验、测试等环境变化较大的事件,其中温度、湿度、洁净度等参数需要持续测量并记录,并根据天线的操作流程对天线的试

验、运输等操作事件进行纪录。

图2 温度变化曲线

试验期间,温度的变化曲线如图2所示,全

部过程中温度值基本保持在19e ~24e 之间,无

明显剧烈变化;湿度的变化曲线如图3所示,全

部过程中相对湿度值基本保持在10%~60%之

间;洁净度的变化曲线如图4所示,图中记录了

015L m 颗粒值,洁净度基本保持在10

万级。

图3 湿度变化曲线

图4 洁净度变化曲线

(2)太阳吸收率

白漆的吸收率是一个随机参数,具有分散性,不同试验膜的测试数据是不同的,在一定范围内变化;另一方面,测试设备的精度使得测试数据含有误差。所以,取6个样本的平均值作为性能参数的参考值。

四类试验膜吸收率的变化曲线如图5所示。暴露放置、覆盖放置以及跟踪三类试验膜相对于密封保存试验膜的吸收率变化曲线如图6所示。2010年10月 中国空间科学技术