振动/热循环/空间模拟辐照环境对SiC反射镜性能影响

论文摘要

反射镜是太空光学系统的重要组成部分。近年来,碳化硅材料以其优异的性能逐渐成为制备轻量化反射镜的最佳材料。大部分的空间光学系统直接暴露在空间环境中,受到各种环境因素的影响。因此,研究空间环境对SiC反射镜性能的影响具有十分重要的意义。本文模拟SiC反射镜在发射及在轨运行期间所处的环境,主要包括振动、热循环和空间粒子辐照,并观察SiC反射镜在这些环境中的性能变化,为合理制备SiC反射镜提供可靠的依据。正弦振动和随机振动试验的结果表明,试验所用反射镜达到了设计标准的要求。所得基频比模拟计算得到的基频要小,这是多方面的因素造成的。振动对反射镜的面形及表面粗糙度的影响较小,但对反射率有一定程度的影响。热循环试验对反射镜的表面粗糙度及面形精度没有明显的影响;反射率有一定幅度的下降,下降区域主要集中在可见光、红外区域。模拟试验的结果显示,反射镜在热循环过程中表面应力的变化主要集中在中心区域,越靠近边缘,应力变化越小,且呈现周期性。电子辐照主要作用在基体上,影响机制以表面充电和“着色”为主,因此,对面形、表面形貌及反射率影响较小;质子辐照主要作用在表面膜层,对面形及表面形貌影响小,但对反射率的影响较为明显;综合辐照的影响最大,作用机制以表面充电和体充电为主。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的目的及意义
• 1.2 空间光学反射镜的研究现状
• 1.2.1 空间光学反射镜材料的研究现状
• 1.2.2 碳化硅反射镜的研究现状
• 1.3 近地空间环境概述
• 1.3.1 空间真空热环境
• 1.3.2 空间带电粒子辐射环境
• 1.3.3 地球中性大气环境
• 1.3.4 空间环境效应概述
• 1.4 反射镜的空间环境效应研究现状
• 1.4.1 质子电子辐照试验对反射镜性能影响
• 1.4.2 循环温度场对反射镜性能的影响
• 1.4.3 原子氧对反射镜性能的影响
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 试验材料和试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 振动及热循环试验材料
• 2.1.2 空间粒子辐照试验材料
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 振动试验
• 2.2.2 真空热循环试验
• 2.2.3 空间粒子辐照地面模拟试验
• 2.2.4 振动及热循环的ANSYS模拟
• 2.2.5 表面粗糙度测定（AFM）
• 2.2.6 面形精度分析
• 2.2.7 反射率测试
• 第3章 振动对碳化硅反射镜性能的影响
• 3.1 振动测试结果
• 3.1.1 正弦振动曲线
• 3.1.2 随机振动曲线
• 3.2 振动试验的ANSYS模拟
• 3.2.1 模型的建立
• 3.2.2 模态分析结果
• 3.2.3 实际试验与模拟试验结果的对比
• 3.3 振动试验后表面粗糙度
• 3.4 振动试验后面形精度
• 3.5 振动试验后反射率
• 3.6 本章小结
• 第4章 真空热循环对碳化硅反射镜性能的影响
• 4.1 热循环试验后表面粗糙度
• 4.2 热循环试验后面形精度
• 4.3 热循环试验后反射率
• 4.4 热循环试验的ANSYS模拟
• 4.4.1 问题简化与模型建立
• 4.4.2 模拟求解
• 4.5 本章小结
• 第5章 空间粒子辐照对碳化硅反射镜性能影响
• 5.1 粒子辐照对碳化硅反射镜反射率的影响
• 5.1.1 电子辐照后反射率
• 5.1.2 质子辐照后反射率
• 5.1.3 综合辐照后反射率
• 5.1.4 粒子辐照后反射率变化现象及规律
• 5.2 粒子辐照后面形精度
• 5.3 粒子辐照后原子力显微镜观察的形貌
• 5.4 带电粒子辐照作用机制
• 5.4.1 带电粒子在物质中的射程
• 5.4.2 辐照过程中物质的充电形式
• 5.4.3 电子辐照影响机制
• 5.4.4 质子辐照影响机制
• 5.4.5 综合辐照影响机制
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢