航天元器件耐环境试验要求——丹泊仪器

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航天工程使用的元器件,要求它的环境适应性与所在整机的不同运行阶段的环境有关。航天元器件在储存、发射、运行、返回等阶段承受的主要环境应力,根据不同阶段的环境应力对元器件环境适应性提出不同的要求。

温湿度低气压试验箱

研发试验中常用到的测试设备为:高低温低气压试验箱、温湿度低气压试验箱、快温变试验箱、温度冲击试验箱、恒温恒湿试验箱等多种环境测试设备。

储存阶段

航天型号总装完成至发射之前这一段时间,为航天工程的储存阶段。大多数航天器的储存周期较短,所用元器件一般都能适应其储存环境。但有些战略武器储存周期长达20至30年,在此阶段航天型号要在地面承受气候(温度、湿度、盐雾等)、机械(运输过程的振动、冲击等)、电磁(静电放电、电磁干扰等)以及霉菌等环境的影响。但大多数元器件都能适应这些储存环境,个别元器件可采取“三防”(防潮、防盐雾、防霉菌)、减振、静电屏蔽等防护措施,以适应航天型号在地面的储存环境。一般当元器件的设计、材料、工艺不存在严重缺陷时,绝大多数元器件基本具备了航天型号在一定储存周期的环境适应性。

发射阶段

航天型号在靶场发射后入轨至在轨定点为航天型号的发射阶段。发射阶段将承受较储存阶段严酷得多的环境影响。在导弹、运载火箭起飞及动力飞行阶段,航天器及运载火箭将经受各种严酷的机械环境考验。发射阶段的环境包括:

(1)加速度环境

在航天飞行器发过程中,发动机的推力使航天飞行器速度迅猛增加,航天飞行器承受的加速度也不断增加,最大值一般出现在发动机关机前。

(2)随机振动环境

航天飞行器主动飞行阶段存在发动机推力脉动,它是由发动机燃烧参数不稳定引起的,推力脉动引起的振动呈现随机振动的特性。

(3)瞬态环境

航天飞行器的运动状态产生突然变化的环境称为瞬态环境。发射过程中各种飞行事件的改变都有可能发生瞬态环境。火箭发动机点火/关机、级间分离等环节将发生低频(0.5至100Hz)瞬态环境;航天器/火箭分离等环节将发生高频(100至1000Hz)瞬态环境。

(4)声环境

在航天飞行器的起飞阶段及一级(跨声速)飞行阶段,发动机的喷流噪声和气动噪声将产生频率为100至10000Hz的声环境。

以上是航天型号发射阶段发生的主要环境,严重的有可能使航天型号结构变形、损伤甚至断裂。但对所有元器件只要本身无致命缺陷,通过了鉴定检验和质量一致性检验,并按操作规程正确装联,是能够经受得住发射阶段环境考验的。

运行阶段   

航天工程发射阶段完成进入正常运行,直至正常运行结束为航天型号的运行阶段。不同航天型号运行周期的长短有很大差别,一般情况下,导弹、运载火箭的运行周期很短(以小时计),航天器的运行周期较长(以年计),其承受的环境影响也有很大差异。除部分导弹外,大多数航天型号的运行阶段是在空间运行,所以其经历的环境称为空间环境。空间环境主要包括:真空、热、辐射、微流星和原子氧等环境。

(1)真空环境

可用地球周围空间大气密度的高低来描述真空环境,但环境真空度的高低一般不用大气密度而是用大气压力来表征,大气压力随着距离地球表面高度的增加基本上按指数规律下降。元器件在真空环境中将产生真空释气,元器件的表面涂覆将不断气化、释放,降低了元器件本身的保护作用,或对周边元器件产生不利影响,处于真空中的非密封继电器还可能产生“真空冷焊”失效。

(2)真空热环境

在地面非真空环境中航天器及元器件产生的热量将通过对流、辐射和传导方式散热,但在真空环境中,由于缺乏空气,对流基本上失去作用,散热主要依靠辐射和传导两种方式,只能通过航天器及电子线路盒和元器件线路板的热设计,来加强热量的传导作用。

(3)辐射环境

空间辐射环境中的带电粒子辐射(地球辐射带、太阳宇宙线、银河宇宙线及等离子体)可在航天器的电子器件和材料中产生电离总剂量效应、在光电器件中产生位移损伤效应、在逻辑器件中产生单粒子翻转(SEU)、在体硅CMOS器件中产生单粒子锁定(SEL)、在MOSFET中产生单粒子烧毁(SEB)或单粒子栅击穿(SEGR)、在模拟器件中产生单粒子瞬时干扰(SET)、在航天器外部热控包覆材料上产生表面充/放电效应、在设备内部印制电路板中产生内带电效应、在高压母线太阳电池阵产生二次放电或电流泄露等。此外,航天器将经受紫外(UV)辐射和原子氧(AO)辐射,这些辐射对航天器表面材料有一定影响,对航天器内部的元器件一般没有严重影响。

返回阶段

航天型号经受的返回环境是指导弹弹头、航天器的回收部分(返回式卫星的回收舱、载人飞船的返回舱)再入大气层过程中经受的各种环境,包括加速度、声振、气动热和着陆冲击等,对设计、材料和工艺不存在严重缺陷且装联正确的元器件是能够承受返回阶段的环境考验的。

2019年4月11日 08:54
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