“国际空间站材料试验”-9任务将预测空间材料寿命

NASA格林研究中心4月初将138种材料样品搭乘“龙”飞船、送往国际空间站,开展为期一年的空间材料辐射试验,验证空间材料寿命。每一种产品都有其寿命,而准确掌握空间材料的使用寿命对于制造航天器至关重要。

“国际空间站材料试验”(MISSE)任务正是专门为材料辐照试验设立的国际空间站试验任务,于2001年开始启动,用于对材料开展辐照试验,验证用于航天器研制的材料的寿命。此次进行的是MISSE-9任务,将首次利用国际空间站新型外部材料试验平台——“MISSE飞行设施”(MISSE-FF)。

在MISSE任务中,研究人员通过分析原子氧和辐射对暴露在太空中的聚合物、复合材料和涂层产生的影响,可了解材料在太空环境下可有效发挥作用的时间,并用这些数据预测航天器在太空中的性能和耐受性。其中,原子氧是氧气在太阳光照下分裂形成的单个氧原子。

当国际空间站、货运补给运载器等航天器在低地球轨道运行时,原子氧将与其表面发生相互作用,导致聚合物等材料被侵蚀,从而逐渐失效。此外,辐射还会导致航天器材料变脆并出现裂纹。

自2001年以来,NASA格林研究中心一直参与MISSE任务,并已利用其获得MISSE材料数据,为大量的地球观测卫星提供了及时有效的选材设计。其中,为了预测材料在太空中的腐蚀情况,NASA格林研究中心开发了一种模型。以此次MISSE-9任务为例:太空中,材料在不同飞行方向上产生的辐射效果是不同的,根据这个思路,试验人员将队几个同种材料样品进行不同飞行方向的试验,包括面向前方飞行(ram方向)、面向后方飞行(wake方向)、面向太空飞行(zenith)和面向地球飞行(nadir方向),并通过辐射结果,分析同一种材料在不同飞行方向上,受原子氧和太阳辐照的影响。

研究人员预测,受原子氧影响最大将是被放置在ram方向上的样品,而影响最小的则应该是被放置在wake方向上的样品;受太阳辐照影响最大的是zenith方向上的样品,而受其影响最小的是nadir方向上的样品。为了显示材料在试验期间的颜色变化或裂纹情况,试验人员将每月对杨平进行拍照。

完成一年的试验之后,MISSE-9任务的样品将被送往地球,用于开展飞行后分析处理。而这些材料数据将帮助研究人员更准确地预测航天器用材料和部件性能,并为制造长寿命航天飞行器奠定坚实基础。

(本文来源:中国航天系统科学与工程研究院)