基于空间环境效应试验的热物性能原位测控装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于空间环境效应试验的热物性能测控装置和方法，用以解决现有技术中地面空间环境效应试验中的回复效应及试验结果不准确的问题。所述热物性能测控装置包括：依次位于低温控制模块之上的高温控制模块、样品台，样品台包括辐照区和非辐照区，参数测试装置至少为两组，均匀设置于样品台的辐照区，用于控制空间环境效应试验过程中的试验参数；支架一端设置积分球，通过三轴驱动机构驱动支架带动积分球在样品台上方的三维空间内移动，完成对样品的热物性能测试。本发明专利技术将热物性能原位测试与试验过程参数监测控制装置进行集成化，实现试验参数和性能的原位测试，提高热物性能测试的准确性和精度，保证了试验结果的可靠性和有效性。

【技术实现步骤摘要】
基于空间环境效应试验的热物性能原位测控装置及方法
本专利技术属于空间环境效应试验监控领域，具体涉及一种基于空间环境效应试验的热物性能原位测控装置及方法。
技术介绍
热控分系统是航天器的重要组成部分，它是利用热控材料改变物体的表面热物理性质，以便在辐射热交换中有效地控制物体的温度，使航天器在内外的热交换过程中，内部仪器、设备的工作时温度不超过或低于允许范围，以保证人造天体内部的正常工作环境。其原理是调节物体表面的太阳吸收率αs和红外发射率εh来控制物体的热平衡。由于航天器特殊的工作环境具有空间环境效应，航天器外表面的热控材料要经受住真空紫外、原子氧侵蚀、冷热交变、电子、质子辐射等空间环境因素的考验。热控材料长期暴露在航天器表面，热物性能将随着时间发生变化，造成航天器温度偏离设计值，轻则造成一些部件工作不正常，重则会导致飞行任务早期失败。因此，为保证航天器在轨道上正常工作，需要对热控材料的热物性能开展空间环境效应试验，在地面上进行模拟试验研究。在热控材料热物性能的空间环境效应试验中，由于热控材料的热物性受空间环境的作用和温度的影响，需要对热物性能进行实时监测。同时，航天器材料或器件的性能在从真空下恢复到大气状态下之后，其性能退化出现一定程度的回复，称为回复效应，为了避免地面实验中的回复效应，需要在真空环境下进行性能测试，又称为原位测试。现有技术中，由于热发射率通常在空间环境下相对较稳定，热控材料热物性能的空间环境效应试验一般对太阳吸收率进行测试。太阳吸收率的测试方法有多种，包括光谱法、积分法、量热法等。其中，光谱法测量光谱反射率，优点是测量精确，但缺点是要求的测量设备具有较宽的光谱反射率测试能力；积分法是一种相对测量方法，主要是利用积分球的光强变化来反演太阳吸收率的变化，优点是可以做成小型化，缺点是精度稍低；量热计法是通过在真空环境下有无太阳辐照对比下的温度变化来反演材料的太阳吸收率的变化，相对比较复杂，一般很少采用。同时，试验中对样品台进行一次标定后很长时间内不再对这些参数性能进行标定，而且监控过程中也只是通过一个监控探头在固定位置上进行监控，无法保证试验结果的可靠性和有效性。
技术实现思路
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本专利技术旨在提供一种基于空间环境效应试验的热物性能原位测控装置及方法，通过试验过程参数监测控制的集成化装置，实现带电粒子(电子、质子等)的通量和注量及其均匀性、紫外辐照强度和曝辐量及其均匀性、温度及其均匀性、热物性能等试验参数和性能的原位测试，保证试验结果的可靠性和有效性。为了实现上述目的，本专利技术实施例采用如下技术方案：第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于空间环境效应试验的热物性能测控装置，所述热物性能测控装置包括：低温控制模块、高温控制模块、样品台、支架、X轴驱动机构、Y轴驱动机构、Z轴驱动机构、包括积分球的热物性能测试模块、由粒子测试装置、温度测试装置及紫外辐照度测试装置组成的参数测试装置；其中，所述低温控制模块位于底层，高温控制模块位于所述低温控制模块之上；所述样品台设置于所述高温控制模块之上，包括辐照区和非辐照区；所述参数测试装置至少为两组，均匀设置于所述样品台的辐照区，用于控制空间环境效应试验过程中的试验参数；其中，粒子测试装置测量并控制试验过程中的粒子通量及均匀性；温度测试装置测量并控制试验过程中的温度及均匀性；紫外辐照度测试装置测量并控制试验过程中的曝辐度及均匀性；所述支架一端设置所述热物性能测试模块的积分球；所述X轴驱动机构、Y轴驱动机构、Z轴驱动机构与所述支架相连，用于驱动支架带动积分球在样品台上方的三维空间内移动。作为本专利技术的一个优选实施例，所述支架为由X轴纵向部、Y轴平动部和Z轴纵向部组成的倒L型支架；所述倒L型支架的X轴纵向部纵向设置于所述样品台任一侧，与X轴驱动机构相连，X轴驱动机构用于带动支架沿X轴方向移动；所述Y轴平动部与X轴纵向部垂直，且其中一端与Y轴驱动机构相连，另一端与Z轴纵向部相连，Y轴驱动机构用于带动Y轴平动部及Z轴纵向部沿Y轴方向移动；所述Z轴纵向部背向样品台的一端与Z轴驱动机构相连，朝向样品台的另一端与所述积分球相连，Z轴驱动机构用于驱动Z轴纵向部沿Z轴方向移动。作为本专利技术的一个优选实施例，所述样品台上设置有粒子测试装置孔、温度测试装置孔；所述参数测试装置中的粒子测试装置通过嵌入的方式安装于样品台上的粒子测试装置孔内，温度测试装置通过嵌入的方式安装于样品台上的温度测试装置孔内，紫外辐照度测试装置通过粘贴或螺纹连接的方式安装于样品台表面上。作为本专利技术的一个优选实施例，所述粒子测试装置为法拉第杯，通过监测法拉第杯的电流来反演得到带电粒子的粒子通量，对粒子通量进行累积积分，计算得到带电粒子的注入量及均匀性。作为本专利技术的一个优选实施例，温度测试装置是热敏电阻温度传感器。作为本专利技术的一个优选实施例，紫外辐照度测量装置采用紫外敏感太阳电池来实现，通过监测紫外太阳电池的电流的变化来得到紫外辐照度的变化。作为本专利技术的一个优选实施例，所述积分球用于在热物性能测试模块的控制下，测量样品的光学反射率；热物性能测试模块用于通过光学反射率计算样品的太阳吸收率。作为本专利技术的一个优选实施例，所述热物性能测试模块首先采用公式(5)计算被测试样的太阳反射比ρs：式(5)中，φ3为被测试样反射量；φ2为参比试样反射量；φ1为零点反射量且对自动调零的仪器φ1＝0；ρo为参比试样的太阳反射比；再通过公式(6)计算太阳吸收比αs：αs＝1-ρs(6)。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种基于空间环境效应试验的热物性能测控方法，其所述热物性能测控方法通过上述的热物性能测控装置实现；具体包括如下步骤：步骤S1，将参比样品放置于样品台的非辐照区，将待测样品均匀放置于样品台的辐照区；步骤S2，启动辐照装置，通过粒子测试装置实时测量样品台辐照区的粒子注入量、通量及均匀性，通过温度测试装置实时测量样品台辐照区的温度及均匀性，通过紫外辐照度测试装置实时测量样品台辐照区的曝辐度及均匀性；步骤S3，通过步骤S2的测量数据，调整辐照装置的参数，使粒子通量及均匀性、温度及均匀性、曝辐度及均匀性符合试验要求；步骤S4，通过X轴驱动机构、Y轴驱动机构、Z轴驱动机构调整支架，使支架Z轴纵向部一端的积分球位于待测样品的正上方，通过积分球测量当前待测样品的太阳吸收率。作为本专利技术的一个优选实施例，所述步骤S2，进一步包括：当样品四周，四个监测点的参数测试值分别为X0、X1、X2、X3，则取其平均数值作为样品中心点的参数数值为：X＝(X0+X1+X2+X3)/4(1)当样品台中心点的某个监测参数的测试数值为X0，样品台其他位置测试点的测试数值为Xn，则该测试点与中心点相比较的测试均匀性为：Yn＝Xn/X0×100％(2)不均匀性为：yn＝(Xn-X0)/X0×100％(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于空间环境效应试验的热物性能测控装置，其特征在于，所述热物性能测控装置包括：低温控制模块、高温控制模块、样品台、支架、X轴驱动机构、Y轴驱动机构、Z轴驱动机构、包括积分球的热物性能测试模块、由粒子测试装置、温度测试装置及紫外辐照度测试装置组成的参数测试装置；其中，/n所述低温控制模块位于底层，高温控制模块位于所述低温控制模块之上；/n所述样品台设置于所述高温控制模块之上，包括辐照区和非辐照区；/n所述参数测试装置至少为两组，均匀设置于所述样品台的辐照区，用于控制空间环境效应试验过程中的试验参数；其中，粒子测试装置测量并控制试验过程中的粒子通量及均匀性；温度测试装置测量并控制试验过程中的温度及均匀性；紫外辐照度测试装置测量并控制试验过程中的曝辐度及均匀性；/n所述支架一端设置所述热物性能测试模块的积分球；/n所述X轴驱动机构、Y轴驱动机构、Z轴驱动机构与所述支架相连，用于驱动支架带动积分球在样品台上方的三维空间内移动。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于空间环境效应试验的热物性能测控装置，其特征在于，所述热物性能测控装置包括：低温控制模块、高温控制模块、样品台、支架、X轴驱动机构、Y轴驱动机构、Z轴驱动机构、包括积分球的热物性能测试模块、由粒子测试装置、温度测试装置及紫外辐照度测试装置组成的参数测试装置；其中，
所述低温控制模块位于底层，高温控制模块位于所述低温控制模块之上；
所述样品台设置于所述高温控制模块之上，包括辐照区和非辐照区；
所述参数测试装置至少为两组，均匀设置于所述样品台的辐照区，用于控制空间环境效应试验过程中的试验参数；其中，粒子测试装置测量并控制试验过程中的粒子通量及均匀性；温度测试装置测量并控制试验过程中的温度及均匀性；紫外辐照度测试装置测量并控制试验过程中的曝辐度及均匀性；
所述支架一端设置所述热物性能测试模块的积分球；
所述X轴驱动机构、Y轴驱动机构、Z轴驱动机构与所述支架相连，用于驱动支架带动积分球在样品台上方的三维空间内移动。


2.根据权利要求1所述的热物性能测控装置，其特征在于，所述支架为由X轴纵向部、Y轴平动部和Z轴纵向部组成的倒L型支架；
所述倒L型支架的X轴纵向部纵向设置于所述样品台任一侧，与X轴驱动机构相连，X轴驱动机构用于带动支架沿X轴方向移动；
所述Y轴平动部与X轴纵向部垂直，且其中一端与Y轴驱动机构相连，另一端与Z轴纵向部相连，Y轴驱动机构用于带动Y轴平动部及Z轴纵向部沿Y轴方向移动；
所述Z轴纵向部背向样品台的一端与Z轴驱动机构相连，朝向样品台的另一端与所述积分球相连，Z轴驱动机构用于驱动Z轴纵向部沿Z轴方向移动。


3.根据权利要求1所述的热物性能测控装置，其特征在于，
所述样品台上设置有粒子测试装置孔、温度测试装置孔；
所述参数测试装置中的粒子测试装置通过嵌入的方式安装于样品台上的粒子测试装置孔内，温度测试装置通过嵌入的方式安装于样品台上的温度测试装置孔内，紫外辐照度测试装置通过粘贴或螺纹连接的方式安装于样品台表面上。


4.根据权利要求3所述的热物性能测控装置，其特征在于，所述粒子测试装置为法拉第杯，通过监测法拉第杯的电流来反演得到带电粒子的粒子通量，对粒子通量进行累积积分，计算得到带电粒子的注入量及均匀性。


5.根据权利要求1所述的热物性能测控装置，其特征在于，温度测试装置是...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈自才，向树红，丁义刚，孙继鹏，赵春晴，李涛，
申请(专利权)人：北京卫星环境工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11