航天器柔性热控薄膜研究现状

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)兰州空间技术物理研究所 作者:杨 淼

  柔性热控薄膜材料广泛应用于各种航天器平台,其性能对维持航天器正常工作环境至关重要。本文针对空间热控技术发展要求,综述了国内外柔性热控薄膜材料的技术指标以及应用现状。介绍了国内外各种航天器上普遍应用的一次表面镜、二次表面镜、腐蚀防护膜和热控带等柔性热控材料的工作原理及应用范围,并对国内外典型柔性热控产品性能进行了对比。并介绍了相变热控材料、CCAG 热控薄膜等新型智能柔性热控材料的研究情况。

  柔性热控薄膜材料广泛应用于各种航天器平台,其性能对维持航天器正常工作环境至关重要。柔性聚合物材料由于其低廉的价格、易于生产、易于安装、重量轻等优势而备受航天器设计人员青睐。随着航天事业的发展,各种新型柔性聚合物材料被研制并大量用于国内外各种航天器上,代表航天器未来发展方向的膨胀展开部件更是绝大部分采用柔性聚合物材料。但是,各种柔性聚合物材料也有其固有的缺点,例如耐辐照性能较差、耐原子氧作用较差、聚合物一般为绝缘材料而引起空间充放电效应等。虽然也开发研制了一批适应特殊要求的高聚物材料,如导电型聚合物,但也要损失原有材料的某些优异性能。

  材料表面处理是解决聚合物材料空间环境适应性能差的主要方案,采用对柔性聚合物基底表面真空镀膜的方法能得到具有高稳定可靠性、空间长寿命、优越防护性等多种优异性能的柔性热控材料。因此,柔性热控薄膜在各类航天器上的应用越来越被重视。

1、航天器常用柔性热控薄膜

  航天器柔性热控薄膜在空间环境中的所处位置不同,其热控系数以及耐空间环境性能也有所不同。根据各种航天器热控的性能要求,国内外已研制出多种不同性能的热控薄膜材料。根据薄膜的功能和使用范围的不同,柔性热控薄膜主要分为以下几种类型:第一表面镜、二次表面镜、腐蚀防护膜、透明导电膜、黑膜、多层复合膜、热控带等,以及各国重点研发的可调发射率智能热控材料。另外,上述所有的柔性薄膜又都可以做成打孔型热控薄膜材料。

  国际上目前对柔性热控膜的产品生产以美国Sheldahl 公司最全,已经实现了产品的定型化和系列化,并实现现货采购;此外,英国PS 公司、美国OCLI公司在聚酰亚胺热控膜方面也较早地开展了应用研究,实现了产品的工程化应用。我国针对柔性热控薄膜技术研究起步较晚,很多技术还处起步阶段。兰州空间技术物理研究所从1987 开始进行柔性热控薄膜的研究工作,研制的多种产品已达到国际先进水平,替代进口产品应用于我国的多种航天器平台。

1.1、二次表面镜

  二次表面镜(Second-Surface Mirrors) 是一种卫星用长寿命被动温控材料。它具有重量轻、稳定性好、可制作成大面积产品、安装方便、工作可靠等特点,已被广泛应用于各种空间飞行器,如:空间站和通信、中继、导航、气象等各类卫星。主要技术特点是,对太阳光谱具有较高的反射率,可反射掉大部分的太阳辐照能量,从而减少强日照对卫星等航天器造成的温升;同时,具有很高的发射率,可将卫星内部的废热发射出去,可以降低星载仪器所处的环境温度,使其始终处于正常工作的温度范围,对保证整星的正常工作和延长卫星的使用寿命具有非常重要的作用。此外,导电型的二次表面镜外表面还镀有一层透明导电膜,具有静电防护功能和防原子氧功能,可消除空间放电和原子氧作用对卫星和材料本身的威胁。冲孔型的导电型二次表面镜不但简化了防静电膜的接地,而且提供了大量的出气通道,常用于特殊部位包扎和多层隔热表面。

二次表面镜功能示意图

图1 二次表面镜功能示意图

结束语

  随着开发利用空间资源和空间军事的需求日益增长,各类人造地球卫星、空间实验室、空间望远镜、深空探测器等航天器的数量逐渐增加,面对的空间环境要求越来越复杂,增加柔性热控薄膜的重要性也逐渐提高,尤其是对各种新型柔性热控薄膜的需求刻不容缓。因此,研制价格适当性能优异的柔性薄膜材料是一项重要的课题。

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