卫星热控涂层在轨失效机理及等效模拟技术研究

During in-orbit operation, the optical and thermal control performance of satellite thermal control coating will be degradated by integrated space environment effects and hence, have great impact on reliability and lifetime of satellites. At present, the domestic research on damaging effect of thermal control coatings is mainly based on ground simulation with only several simplified environmental factors, whereas the in-orbit experiments experiencing space environment conditions have not been carried out yet in China. This project is the first in China to carry the thermal control coatings onboard the satellite which will operate in space for 3~5 years to investigate the influence of multi-factors environment on thermal control coatings, corresponding damaging effect, failure model and equivalent simulation technology. By doing so, to initiate the sensitive factor of coating performance is achieved and then the in-orbit property evolution law and life prediction model are built. Meanwhile, ground simulation experiment technology study is carried out realizing single-factor or multi-factor environmental simulation and corresponding equivalent simulation in space environment. The accuracy of the result predicted through the life model and the equivalence of simulation technology will be verified by the data obtained by the follow-on spacecraft. Resulted achievements will lay a foundation for the design of satellite thermal coatings for longer lifetime satellite, lifetime prediction and development of new coatings for Chinese spacecraft.

卫星热控涂层在轨运行期间，要经受空间综合环境效应的影响，其光学和热控性能逐渐下降，影响卫星可靠性和寿命。目前，国内对热控涂层损伤效应的研究主要以地面简化因素模拟试验方式进行，而对空间搭载试验尚未研究。本项目为国内首次利用卫星搭载技术完成热控涂层3-5年的在轨试验，验证空间多因素环境对热控涂层的影响。在此基础上，开展热控涂层损伤机理、失效模型、等效模拟试验技术研究。通过对在轨试验结果进行深入的解读和分析，研究热控涂层损伤机理，获取影响热控涂层性能的敏感因子，建立热控涂层在轨性能演化规律和寿命预测模型。同时，开展地面模拟试验技术研究，实现单因素或几因素环境模拟试验与空间多因素环境效应的等效模拟。寿命模型预测结果的准确性和模拟试验技术的等效性，将通过后续的搭载数据进行验证。项目成果将为我国今后长寿命卫星热控涂层设计、寿命预测和新涂层研制奠定基础。

卫星热控涂层在轨运行期间，要经受空间综合环境效应的影响，其热控性能逐渐下降，影响卫星可靠性和寿命。通过空间搭载试验和地面模拟试验的结合，是研究热控涂层空间环境效应的有效途径，研究成果可以为我国后续卫星热控设计、寿命预测等提供支持。.本课题首先利用前期卫星搭载技术完成卫星典型F46/Ag热控涂层3-5年的在轨试验，获得热控涂层在轨性能退化情况和卫星轨道环境状态参数。通过深入解读在轨数据，突破搭载试验结果的分析和解读技术，获得影响热控涂层性能的敏感因子（即热控涂层太阳吸收率αs），并建立了热控涂层在轨搭载试验结果分析方法。分析表明，随卫星在轨时间增长，F46/Ag的αs渐增大，温度逐渐升高，并且两者随在轨时间的变化过程中呈现出一致的波动性。波动主要与太阳光照角有关：光照角增大时，F46/Ag的温度降低，αs减小；反之，F46/Ag温度升高，αs增大。.通过XPS、FTIR、SEM等分析技术，对热控涂层位移损伤、侵蚀损伤等进行分析，完成热控涂层与空间环境作用机理研究；通过地面模拟等效性分析，确定加速因子。研究结果表明，F46/Ag薄膜在质子、电子单独辐照和综合（顺序、同时）辐照作用下，光学性能退化明显，热控涂层太阳吸收率显著下降。带电粒子辐照过程中在F46/Ag薄膜内部发生了化学降解反应，化学键发生断裂，导致在薄膜内部生成永久缺陷，并确定了化学键断裂的种类。.结合在轨试验结果，完成效应等效模拟方法研究，突破能谱替换技术，实现以单一粒子能量替代空间能谱效应，并建立了能谱替代技术模型，掌握空间环境等效模拟技术。通过热控涂层太阳吸收率和损伤机理研究，建立热控涂层性能退化模型。通过地面模拟试验，以在轨试验监测5年的数据为标准，地面模拟试验结果与在轨监测数据误差小于25%。单一粒子种类，单一能量的地面模拟辐照试验能够很好的实现空间辐照环境损伤预测，并且预测结果优于综合辐照。.本课题通过卫星在轨搭载试验数据的分析和解读，开展地面模拟加速试验研究，并深入揭示了卫星热控涂层综合辐照损伤机理机制，建立空间热控涂层F46/Ag寿命预示模型，验证地面等效加速试验技术和寿命预示技术的关键功能特性。