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看看航天元器件環境適應性有多強?

2018年02月26日

航天工程使用的元器件,要求它的環境適應性與所在整機的不同運行階段的環境有關。航天型號在儲存、發射、運行、返回等階段承受的主要環境應力,根據不同階段的環境應力對元器件環境適應性提出不同的要求。

 

01儲存階段

航天型號總裝完成至發射之前這一段時間,為航天工程的儲存階段。大多數航天器的儲存周期較短,所用元器件一般都能適應其儲存環境。但有些戰略武器儲存周期長達20至30年,在此階段航天型號要在地面承受氣候(溫度、濕度、鹽霧等)、機械(運輸過程的振動、沖擊等)、電磁(靜電放電、電磁干擾等)以及霉菌等環境的影響。但大多數元器件都能適應這些儲存環境,個別元器件可采取“三防”(防潮、防鹽霧、防霉菌)、減振、靜電屏蔽等防護措施,以適應航天型號在地面的儲存環境。一般當元器件的設計、材料、工藝不存在嚴重缺陷時,絕大多數元器件基本具備了航天型號在一定儲存周期的環境適應性。

 

02發射階段

航天型號在靶場發射后入軌至在軌定點為航天型號的發射階段。發射階段將承受較儲存階段嚴酷得多的環境影響。在導彈、運載火箭起飛及動力飛行階段,航天器及運載火箭將經受各種嚴酷的機械環境考驗。發射階段的環境包括:

(1)加速度環境

在航天飛行器發過程中,發動機的推力使航天飛行器速度迅猛增加,航天飛行器承受的加速度也不斷增加,最大值一般出現在發動機關機前。

 

(2)隨機振動環境

航天飛行器主動飛行階段存在發動機推力脈動,它是由發動機燃燒參數不穩定引起的,推力脈動引起的振動呈現隨機振動的特性。

 

(3)瞬態環境

航天飛行器的運動狀態產生突然變化的環境稱為瞬態環境。發射過程中各種飛行事件的改變都有可能發生瞬態環境。火箭發動機點火/關機、級間分離等環節將發生低頻(0.5至100Hz)瞬態環境;航天器/火箭分離等環節將發生高頻(100至1000Hz)瞬態環境。

 

(4)聲環境

在航天飛行器的起飛階段及一級(跨聲速)飛行階段,發動機的噴流噪聲和氣動噪聲將產生頻率為100至10000Hz的聲環境。

 

以上是航天型號發射階段發生的主要環境,嚴重的有可能使航天型號結構變形、損傷甚至斷裂。但對所有元器件只要本身無致命缺陷,通過了鑒定檢驗和質量一致性檢驗,并按操作規程正確裝聯,是能夠經受得住發射階段環境考驗的。

 

03運行階段

航天工程發射階段完成進入正常運行,直至正常運行結束為航天型號的運行階段。不同航天型號運行周期的長短有很大差別,一般情況下,導彈、運載火箭的運行周期很短(以小時計),航天器的運行周期較長(以年計),其承受的環境影響也有很大差異。除部分導彈外,大多數航天型號的運行階段是在空間運行,所以其經歷的環境稱為空間環境。空間環境主要包括:真空、熱、輻射、微流星和原子氧等環境。

 

(1)真空環境

可用地球周圍空間大氣密度的高低來描述真空環境,但環境真空度的高低一般不用大氣密度而是用大氣壓力來表征,大氣壓力隨著距離地球表面高度的增加基本上按指數規律下降。元器件在真空環境中將產生真空釋氣,元器件的表面涂覆將不斷氣化、釋放,降低了元器件本身的保護作用,或對周邊元器件產生不利影響,處于真空中的非密封繼電器還可能產生“真空冷焊”失效。

 

(2)真空熱環境

在地面非真空環境中航天器及元器件產生的熱量將通過對流、輻射和傳導方式散熱,但在真空環境中,由于缺乏空氣,對流基本上失去作用,散熱主要依靠輻射和傳導兩種方式,只能通過航天器及電子線路盒和元器件線路板的熱設計,來加強熱量的傳導作用。

 

(3)輻射環境

空間輻射環境中的帶電粒子輻射(地球輻射帶、太陽宇宙線、銀河宇宙線及等離子體)可在航天器的電子器件和材料中產生電離總劑量效應、在光電器件中產生位移損傷效應、在邏輯器件中產生單粒子翻轉(SEU)、在體硅CMOS器件中產生單粒子鎖定(SEL)、在MOSFET中產生單粒子燒毀(SEB)或單粒子柵擊穿(SEGR)、在模擬器件中產生單粒子瞬時干擾(SET)、在航天器外部熱控包覆材料上產生表面充/放電效應、在設備內部印制電路板中產生內帶電效應、在高壓母線太陽電池陣產生二次放電或電流泄露等。此外,航天器將經受紫外(UV)輻射和原子氧(AO)輻射,這些輻射對航天器表面材料有一定影響,對航天器內部的元器件一般沒有嚴重影響。

 

04返回階段

航天型號經受的返回環境是指導彈彈頭、航天器的回收部分(返回式衛星的回收艙、載人飛船的返回艙)再入大氣層過程中經受的各種環境,包括加速度、聲振、氣動熱和著陸沖擊等,對設計、材料和工藝不存在嚴重缺陷且裝聯正確的元器件是能夠承受返回階段的環境考驗的。

 

來源:賽思庫


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