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美国可靠性工程实践之微流星体防护
2021-09-11 [25866]
本文摘要:一、阐述1、方法:为使航天器的结构和仪器在密集的微流星体中飞行中时,因微流星击穿而受到的伤害增至大于,应付它们获取维护。

一、阐述1、方法:为使航天器的结构和仪器在密集的微流星体中飞行中时,因微流星击穿而受到的伤害增至大于,应付它们获取维护。典型的可靠性工程方法还包括从维护脆弱硬件的结构布置到航天器外维护毡的布置。防水措施的力度基于对飞行中剖面中流星体环境的预测、微流量体击穿航天器表面的能力以及击穿所引发相当严重受损的有可能。

2、益处:微流星体的碰撞不会损毁航天器系统,严重威胁航天器的飞行中能力,微流星体防水是要将这种危险性增至大于。流星体由行星的喷气物、来自小行星和彗星的微粒构成。碰撞不会导致航天器局部击穿、穿孔、表层破损、局部变形或二级脱落。

而上述任何一种情况都将造成关键系统的过热。典型的过热模式还包括:.致命性脱落.外泄.爆炸.闪蒸.结构强度减少.生锈3、已顺利用于该方法的项目:Magellan和Galileo。

火星探测器(MGS)和Cassini利用近期的、经改良的行星际流量模型和在密集流星体中飞行中的击穿公式。麦哲伦号伽利略号卡西尼号二、实行方法1、实行方法微流星体防水设计的目的是使航天器关键分系统的过热概率超过可以拒绝接受的程度。

这牵涉到航天器的用途和任务设计措施,它们也被用作掌控航天器的其它环境-辐射防护、热防水、防水以及空间散热器,这必须用综合的环境设计来解决问题。2、受损评估为确认航天器防水的必要水平,第一步是用流星体流量计算出来流星体的环境,流星体流量定义为在航天器任务时间内其每平方米被流星体撞击的次数。流星体环境依据近地和行星际两种模型展开计算出来。要特别注意火星和木星之间的小行星放射状区。

根据加装在Pioneerl0和11,Hellos1,Galileo和航天器上撞击测试仪记录的数据以及附近地球时行星际流量的测量结果(微粒/平方米/秒)现用的模型叙述流星体质量和轨迹产于。流星体流量模型随飞行中经验的激增不断更新。

尽管如此,由于流星体流量大部分具备随机产于,所以用统计资料模型来确认航天器与一个等价临界质量流星体撞击的概率。然后,可以对有所不同的任务阶段分别估计出有流星体流量/平方米。例如在轨道移往、空中制动器、测绘、中继等阶段。

作为微粒质量函数的流量可以通过由任务剖面确认的航天器轨道和速度计算出来。随着对每个任务阶段流星体环境的估算,对每一任务阶段的流量都不应将下列三个可选因素考虑到在内:要考虑到的面积、视场、航天器的姿态。

对要考虑到的面积而言,航天器设计图中每个关键系统的表面积(以平方米为单位)都不应被新的审查;视场是几何因素,它回应一个物体所有可以看见的表面,可以用射线示踪的计算机程序来计算出来。该几何因素规定了可以通过加装在某一表面上的任何一个探测器测到流量的份额。

因为在垂直速度矢量方向上的表面将接管仅次于的流量,而同时在机身后缘接管的流量大于,所以在任务期间航天器的姿态很最重要。为获得每个航天器系统的失效率,用适当的面积(平方米)、几何因素和姿态因素与流量(作为速度的函数)相加以得出要考虑到面积上撞击的期望值。临界质量可以作为造成表面击穿所适当的速度的函数在击穿方程中估计出来。例如,对火星探测器推进剂和氦气贮箱的检测表明,在任务过程中推进剂贮箱1被流星打中(虽然并不是必定损毁)的概率为30%;而推进剂贮箱2被打中的概率为25%;根据受损评估做出互为适合的保护措施的决策,以使航天器关键分系统受到的伤害增至大于。

3、防水措施1)系统设计措施:在设计航天器结构以及关键组件相对于航天器结构的方位时,要把微流星体防水考虑到进来。关键组件要放置在适合的方位以使它们的视场被其它不过于关键的组件屏蔽一起,或者虽有可能被击穿或变形但不致导致影响任务已完成的受损。

通过这种解决办法,最具备决定性的或最易受损的电路板将被放到电子舱的深达。仪表板长轴也将摆放在与速度矢量平行的方向上,以使其上通过的流量增至大于。尽管如此,更加现实的是:流星体防水拒绝不应与电磁辐射、热防水的必须相平衡,以构建一个综合的环境设计。

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2)运营措施:由于微粒撞击速度的方向性,航天器的姿态影响到航天器每个侧面所忍受的微流星体流量。对于某些任务阶段,例如行星测绘阶段,要将航天器置放行星之间或轨道空间的高流量方位。

这样,在一个任务剖面可使用这样的防水措施,即在危险性任务阶段调整航天器姿态以使关键系统的伤害大于。对于火星探测器(MGS)计划而言,航天器有所不同侧面的流量都要计算出来(±X轴、±Y轴、±Z轴方向)。

对于任务的巡弋阶段而言,航天器的+X轴将朝向地球,大大的姿态调整将使-Y轴和-X轴的流量大小完全相同。在测绘和中继阶段,MGS沿轨道绕行火星飞行中,同时和火星一起沿轨道绕行太阳飞行中,MGS的+Z轴将面临火星,同时+Y轴将正对着火星轨道速度的方向,综合效果是MGS绕行Y轴转动。计算结果表明,航天器前缘((+Y轴方向)的流量约是尾缘的流量的20倍。

MGS的推进剂贮箱和氦毛贮箱都放置在航天器的+Y轴方向,如图1右图。把流星体流量代入击穿公式,并且除以视场(几何因素)、姿态因素、航天器各侧面的面积,就可以算数出有需要造成过热的每单位面积上的撞击数。应用于泊松产于可以得出结论每一任务阶段的失效率,图2右图为MGS贮箱的成功率。

图1火星探测器(MGS)航行任务阶段图2膜和贮箱无间距(即单面)的MGS贮箱成功率3)屏蔽保护层:主要的流星体防水技术是使用在航天器关键部件例如推进剂和氦气贮箱表面布置多层隔绝(MLI)毡的方法。多层隔绝毡山以卜儿层构成:开普顿凝酞胺(尼龙)或聚脂薄膜;金银箔(一旁是金,一旁是银),它们能获取十分有效地的防水和电磁辐射热传导。作为流星体碰撞屏蔽的毡的起到在于:当颗粒撞到上外壁之前,它们被多层隔绝膜消灭成碎片并使之蔓延,且减少这些碎片的速度,使之高于颗粒的完整速度。

航天器的受损由这些颗粒和防水层的碎片导致。


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