低地球軌道航天器涂層防護(hù)技術(shù)研究進(jìn)展

張宗波，郎冠卿，姜海富，羅永明，徐彩虹

（1. 中國科學(xué)院 化學(xué)研究所，北京 100190；2. 北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所，北京 100094）

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低地球軌道航天器涂層防護(hù)技術(shù)研究進(jìn)展

張宗波1，郎冠卿2，姜海富2，羅永明1，徐彩虹1

（1. 中國科學(xué)院 化學(xué)研究所，北京 100190；2. 北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所，北京 100094）

摘要：低地球軌道（LEO）環(huán)境極為復(fù)雜，紫外輻照、原子氧輻照、高能粒子輻照等因素并存，對(duì)航天器用有機(jī)材料提出苛刻要求。為滿足長(zhǎng)壽命安全飛行，必須對(duì)航天器特別是其上采用的有機(jī)材料進(jìn)行防護(hù)。文章簡(jiǎn)述了LEO環(huán)境中各因素對(duì)航天器的影響，總結(jié)了航天器防護(hù)技術(shù)特別是涂層防護(hù)方案的研究進(jìn)展，并指出了未來發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：低地球軌道；原子氧輻照；紫外輻照；高能粒子輻照；防護(hù)涂層

0 引言

隨著科技的發(fā)展，以及人類探索、利用太空愿望的不斷增強(qiáng)，服役于空間環(huán)境的航天器越來越多。出于航天器減重以及部件功能化的需要，有機(jī)材料包括其復(fù)合材料正在被大量使用，其中具有力學(xué)強(qiáng)度高、光學(xué)性能優(yōu)異、耐高低溫性能出色等特點(diǎn)的聚酰亞胺（PI）薄膜是使用最為廣泛的一類材料。然而，嚴(yán)峻的空間環(huán)境對(duì)航天器的長(zhǎng)時(shí)間安全運(yùn)行構(gòu)成極大挑戰(zhàn)，也對(duì)空間用材料尤其是有機(jī)材料的性能提出更高的要求[1-2]。

在低地球軌道（LEO，一般指100～1000km高度范圍內(nèi)的軌道）運(yùn)行的航天器，所受空間環(huán)境影響因素極為復(fù)雜，高真空、高低溫、原子氧輻照、紫外輻照、高能粒子輻照等并存，且該環(huán)境處于不斷動(dòng)態(tài)變化中。空間站、偵察衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星等均在此軌道范圍運(yùn)行，因此對(duì)這一軌道環(huán)境及其影響的清楚認(rèn)識(shí)和針對(duì)性防護(hù)，對(duì)航天器的飛行安全具有重要意義[3-4]。

本文綜述了LEO中各環(huán)境因素對(duì)航天器有機(jī)材料的影響，總結(jié)了空間環(huán)境涂層防護(hù)技術(shù)的研究進(jìn)展。

1 LEO環(huán)境的主要因素

1.1紫外（UV）輻照

0.1～50μm的太陽輻射譜段都可到達(dá)LEO，其中100～400nm的紫外輻射占太陽總輻射能量的8%，是有機(jī)材料老化變性的直接因素。紫外輻射能量與波長(zhǎng)具有直接關(guān)系：200～400nm的近紫外范圍光譜能量達(dá)到3eV以上；真空紫外（VUV，200nm以內(nèi)）的輻射能量達(dá)到5eV以上，足以造成有機(jī)材料的結(jié)構(gòu)改變或者小分子片段的生成。對(duì)于航天器而言，VUV將會(huì)造成有機(jī)材料自身的破壞、部件表面的變化，甚至有機(jī)光學(xué)器件的失效。

Fozza等人[5]利用地面模擬設(shè)備詳細(xì)研究了VUV/UV（100～500nm）輻照對(duì)聚乙烯（PE）、聚苯烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等聚合物的影響。研究結(jié)果表明：烷基鏈（C?C）可以吸收波長(zhǎng)160nm以下的VUV，如氙燈產(chǎn)生的147nm（8.4eV）VUV可引發(fā)奪氫反應(yīng)（hydrogen abstraction），從而形成不飽和鍵；而氪燈產(chǎn)生的123.6nm（10eV）VUV可造成雙鍵的離子化，形成自由基，進(jìn)而引發(fā)交聯(lián)和奪氫反應(yīng)。PE的VUV/UV吸收系數(shù)較低，其受VUV/UV侵蝕率也相對(duì)較低；而低分子量的以(C?C)n為主鏈的聚合物（n＜30）的VUV/UV吸收系數(shù)相比PE要高得多，其受到VUV/UV的侵蝕較為嚴(yán)重。PS自身結(jié)構(gòu)的特征使其具備了傳遞和轉(zhuǎn)換能量的特點(diǎn)，其VUV/UV吸收系數(shù)最低，受到侵蝕的速率也最小。PMMA則非常容易受到VUV/UV的侵蝕，能量小于8.5eV的紫外光可以使PMMA的側(cè)基受到破壞，能量大于8.5eV的紫外光則可造成其主鏈的降解。

1.2原子氧（AO）輻照

VUV的高能量使得LEO環(huán)境中的氧氣發(fā)生離解（圖1），而LEO的高真空環(huán)境又使離解后的AO不易再重新結(jié)合形成臭氧，因此，AO在LEO中穩(wěn)定存在。圖2為不同軌道高度下，環(huán)境中各主要?dú)鈶B(tài)物質(zhì)的相對(duì)含量。從中可以看出，LEO中主要存在O、N2、O2等氣體粒子，500km以上時(shí)AO占到80%以上，而AO具有極強(qiáng)的活性和氧化能力，成為L(zhǎng)EO環(huán)境的主要危害因素[6]。

圖1　原子氧形成過程Fig. 1 The formation of atomic oxygen

圖2　不同軌道高度環(huán)境中各主要?dú)鈶B(tài)物質(zhì)的相對(duì)含量Fig. 2 Atmospheric compositions as a function of altitude

NASA通過在航天飛機(jī)任務(wù)（STS-5、STS-8、STS-32）以及長(zhǎng)壽命衛(wèi)星（LDEF、SOLAR MAX）上進(jìn)行搭載，對(duì)上千種材料的AO輻照性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，為航天器的材料選擇提供了借鑒。評(píng)價(jià)的結(jié)果表明，AO對(duì)有機(jī)材料有極強(qiáng)的剝蝕能力。按照一般飛行速度7.8km/s計(jì)算，AO的碰撞能量達(dá)到5eV以上，而C?C鍵能為4eV，C?N鍵能為3eV，C?O鍵能為3.9eV。顯然，AO可以打斷有機(jī)材料的化學(xué)鍵，形成自由基，進(jìn)一步形成小分子片段，使得材料表面發(fā)生變化，光學(xué)性能受到影響（如圖3所示）。AO累積通量進(jìn)一步增加，則會(huì)對(duì)材料本體形成“剝蝕”，降低材料力學(xué)性能，使材料失效。另外，有機(jī)小分子的釋放也可能會(huì)污染其他功能組件，造成部件功能受損[7-8]。由于飛行考核成本巨大，且周期長(zhǎng)，數(shù)據(jù)采集較慢，各主要航天大國及機(jī)構(gòu)都建立了AO地面模擬裝置。

圖3　原子氧輻照有機(jī)物表面反應(yīng)示意Fig. 3 Reactions between AO and organic polymers

1.3高能粒子輻照

空間環(huán)境中還存在著大量的高能粒子，如高能電子（能量高達(dá)MeV）、高能質(zhì)子（能量高達(dá)百M(fèi)eV）、α粒子、γ粒子等。這些高能粒子除了可以直接造成材料表面離子化、質(zhì)子激發(fā)及原子位移之外，還會(huì)造成有機(jī)絕緣材料表面的電荷累積；當(dāng)電荷累積到一定程度之后，就會(huì)發(fā)生靜電放電（ESD）以及電磁干涉現(xiàn)象，這些現(xiàn)象無疑會(huì)影響航天器的運(yùn)行性能[9-10]。

加拿大Nova-Plasma公司的科研人員對(duì)聚酰亞胺、聚酯等有機(jī)聚合物材料的電荷累積現(xiàn)象進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)ESD可以造成聚合物的擊穿，并在聚合物表面形成電流“樹”的圖案（如圖4[11]所示）。

圖4　Kapton薄膜經(jīng)靜電放電后出現(xiàn)的電流“樹”Fig. 4 Electronic current ‘tree’ in PI film induced by ESD

除了以上因素之外，高真空、冷熱循環(huán)等也是空間材料面臨的嚴(yán)峻考驗(yàn)，但這些問題主要考驗(yàn)基體材料自身的性能，采用防護(hù)技術(shù)不能解決根本性問題。對(duì)于上述AO、UV以及高能粒子的輻照，有機(jī)材料自身是很難抵抗的，對(duì)其進(jìn)行改性或者施加外防護(hù)涂層必不可少。其中，涂層防護(hù)技術(shù)發(fā)展時(shí)間最長(zhǎng)、應(yīng)用面最廣，目前已有較多的成熟應(yīng)用方案。

2 涂層防護(hù)技術(shù)

2.1AO防護(hù)涂層

相對(duì)而言，在LEO環(huán)境下，AO的破壞性最強(qiáng)，因此對(duì)AO的防護(hù)技術(shù)研究也最為關(guān)鍵。表1[6]列出了常見材料的AO剝蝕率。

表1　常見材料的AO剝蝕率Table 1 AO erosion rate of the common materials

從表中可以看出，金屬、陶瓷的剝蝕率最低，有機(jī)硅樹脂及含氟樹脂次之，普通有機(jī)聚合物的剝蝕率均較高。涂層防護(hù)可根據(jù)防護(hù)材料的不同，分為無機(jī)涂層防護(hù)和有機(jī)涂層防護(hù)。所謂無機(jī)涂層主要是以Al2O3或SiO2為主的涂層材料；有機(jī)涂層則主要是采用有機(jī)硅樹脂或者以含硅聚合物為主體的特種樹脂。

1983年，NASA采用離子濺射的方法在Kapton薄膜表面制備了厚度為70nm的Al2O3涂層和65nm 的SiO2涂層，并將其在航天飛機(jī)STS-8進(jìn)行了搭載試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)累積通量為3.5×1020atom/cm2的AO輻照后，帶Al2O3涂層防護(hù)的Kapton薄膜質(zhì)量損失率為無防護(hù)Kapton薄膜的11%，帶SiO2涂層防護(hù)的薄膜則僅為0.1%。施加Al2O3涂層后，Kapton薄膜的透明性受到影響，而施加SiO2涂層對(duì)Kapton薄膜的透明性沒有明顯影響。為了改善涂層韌性，NASA還采用雙靶材的方式制備了PTFE摻雜的SiO2涂層，當(dāng)兩者體積比例為96∶4（SiO2∶PTFE）時(shí)：涂層透明性不受影響；Kapton彎折180°時(shí)涂層也未發(fā)生剝落開裂現(xiàn)象；經(jīng)過AO輻照后，質(zhì)量損失率為無防護(hù)Kapton的0.2%，耐AO輻照性能優(yōu)異。但當(dāng)PTFE體積分?jǐn)?shù)增加時(shí)，涂層的附著力、透明性等性能明顯下降[12]。離子濺射方法制備的SiO2和Al2O3涂層已經(jīng)應(yīng)用在“和平號(hào)”空間站電池陣墊材和聚能器鏡面[13]。

濺射屬于物理方法，完全依靠靶材的選擇。而化學(xué)氣相沉積（CVD）則可通過對(duì)原材料的選擇，較容易地調(diào)節(jié)涂層的組成[14]。Zimcik等[15]以SiH4為主原料，采用微波輔助等離子氣相沉積（PECVD）方法為環(huán)氧以及Kapton薄膜分別制備了SiN涂層、SiO2涂層和SiON涂層，涂層厚度0.5～0.7μm；又以四甲基二硅氧烷為原料，采用等離子聚合的方法制備了梯度聚硅氧烷涂層。通過對(duì)這些涂層在AO輻照下質(zhì)量及表面形貌變化的研究，發(fā)現(xiàn)硅基涂層材料均是通過與AO反應(yīng)生成氧化硅來阻止AO對(duì)基材的進(jìn)一步剝蝕[15]。等離子聚合也是PECVD的一種，可以通過調(diào)節(jié)原料比例獲得梯度組成的SiOxCy涂層。相比SiO2，該涂層韌性佳，耐AO性能相當(dāng)，是長(zhǎng)壽命航天器防護(hù)涂層的較好選擇。

PECVD反應(yīng)條件相對(duì)苛刻，對(duì)基材表面清潔程度和基材溫度的要求較高，并且用這種方法制備的涂層很難避免孔隙、裂紋等缺陷的存在。因此，通常需要增加涂層厚度來保證防護(hù)效果。美國科學(xué)家報(bào)道了采用原子層沉積（ALD）制備氧化物陶瓷涂層的方法[16]：該方法對(duì)基材溫度要求低（＜100℃），涂層厚度均勻性可以控制在埃（?）級(jí)水平上，且涂層無缺陷。采用該方法，在PI表面制備厚度約為35?的Al2O3涂層就可具備良好的耐AO性能。比較該方法制備的Al2O3涂層對(duì)Kapton和FEP Teflon的AO防護(hù)效果，發(fā)現(xiàn)在Kapton表面更容易形成致密無缺陷涂層，而在FEP Teflon表面需要多次沉積才可以起到較好的防護(hù)效果。這可能是由于FEP Teflon表面惰性更大，反應(yīng)物不易擴(kuò)散進(jìn)入，影響了Al2O3結(jié)晶成核，故難以一次形成致密涂層[17]。

但無機(jī)涂層均存在著內(nèi)應(yīng)力大、脆性高、易出現(xiàn)裂紋的問題，并且濺射、PECVD、ALD等方法的工藝要求較為苛刻，對(duì)設(shè)備要求高，大面積施工受設(shè)備限制。美國在1984年發(fā)射了LEO長(zhǎng)期暴露實(shí)驗(yàn)裝置（LDEF），并對(duì)有機(jī)硅樹脂涂層進(jìn)行了考察，發(fā)現(xiàn)其在AO輻照下會(huì)形成氧化硅，從而阻止AO進(jìn)一步的剝蝕。但當(dāng)AO輻照累積通量增加時(shí)，有機(jī)硅樹脂涂層會(huì)釋放出低分子片段，并沉積在周圍表面，且在不斷累積后形成黑色污染層。經(jīng)過高累積通量（6×1021atom/cm2）AO輻照后，有機(jī)硅樹脂涂層密度從樹脂狀態(tài)的1.0g/cm3左右增加到氧化硅的2.4g/cm3左右，涂層表面會(huì)出現(xiàn)宏觀裂縫或者裂紋，失去防護(hù)效果。研究者通過向硅氧烷結(jié)構(gòu)中引入卡硼烷形成共聚物來解決這一問題，經(jīng)厚度200nm的該類涂層保護(hù)的Kapton薄膜經(jīng)過累積通量為1.5×1022atom/cm2的AO輻照后，質(zhì)量損失小于0.06mg/cm2[6]。

除了以上有機(jī)涂層外，研究者還開發(fā)了基于十硼烷聚合物[6]、聚四甲基二硅基烯-苯乙烯共聚物[18]、聚硅氮烷[19]、POSS[20]等的空間防護(hù)涂層材料，但均處于研究階段。

空間常用的PI材料，表面化學(xué)惰性較大，不易與其他材料發(fā)生反應(yīng)。因此，無機(jī)或者有機(jī)涂層在其上均為物理結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度較低。為了解決光涂層與基材的結(jié)合問題，科研人員開發(fā)了一種稱之為光硅化（photosil）的AO防護(hù)涂層制備方法（見圖5）。其具體工藝是：在紫外輻照情況下，對(duì)PI表面進(jìn)行刻蝕，刻蝕深度約1μm，然后向其中滲透有機(jī)硅小分子，再通過一定方式使之固化，使得涂層與PI基體結(jié)合在一起，形成緊密結(jié)合。這種方法固然解決了結(jié)合力的問題，但未在薄膜表面形成連續(xù)涂層，耐AO性能有限[21]。另外，這種方法是利用紫外光對(duì)基體材料進(jìn)行刻蝕，部分情況下還需要化學(xué)溶液輔助，除對(duì)薄膜基體材料有一定的選擇性外，對(duì)薄膜的力學(xué)性能也有一定程度的影響。

2.2UV防護(hù)涂層

主鏈中含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)的聚苯乙烯或者聚酰亞胺可以實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)換，受UV輻照的影響較小。研究者通過研究空間環(huán)境各因素對(duì)航天器的影響發(fā)現(xiàn)：UV在與AO共同作用時(shí)，危害最大；材料實(shí)現(xiàn)了AO防護(hù)后，UV輻照對(duì)其危害也相應(yīng)減小。因此，單獨(dú)研究UV防護(hù)涂層的工作相對(duì)較少。盡管如此，AO防護(hù)常用的SiO2以及Al2O3涂層并不能阻止UV/VUV的進(jìn)入。加拿大的科學(xué)家研究了施加SiO2涂層的Kapton薄膜的耐紫外輻照的情況，他們采用PECVD在50μm厚的Kapton-H上制備了265nm厚的SiO2涂層，然后用低溫氫氣等離子燈產(chǎn)生的VUV-VIS（波長(zhǎng)＞112nm）光對(duì)其進(jìn)行輻照（能量密度1.8J/cm2），輻照當(dāng)量相當(dāng)于LEO下的2個(gè)月，輻照后薄膜的顏色變深，透明度下降[22]。而其他有機(jī)類的AO防護(hù)涂層，本身在UV輻照下就有可能發(fā)生老化降解，無法形成防護(hù)。因此，隨著航天器飛行設(shè)計(jì)壽命的增加，在設(shè)計(jì)AO防護(hù)涂層的同時(shí)，也需要考慮UV/VUV防護(hù)方案。

圖5　光硅化制備AO防護(hù)涂層示意圖Fig. 5 The diagram of photosil process

美國研究者采用ALD技術(shù)在PMMA基材上制備了Al2O3和TiO2復(fù)合涂層，TiO2對(duì)VUV有吸收作用，可阻止VUV到達(dá)基材底部，使這種PMMA在VUV輻照情況下的質(zhì)量損失明顯小于單純施加Al2O3涂層的材料[17]。在SiO2涂層中摻雜金屬Ce也可提高涂層的UV反射率，形成UV防護(hù)能力；還可以通過制備折光指數(shù)不同的多層涂層實(shí)現(xiàn)對(duì)UV的反射，比如TaO2-SiO2、Y2O3-ZrO2復(fù)合涂層等[7]。除此之外，胡龍飛等[23]發(fā)現(xiàn)通過在PI薄膜表面沉積Si-C-N涂層，可以在有效抵御AO剝蝕的同時(shí)阻止VUV的侵蝕：涂層吸收VUV后，會(huì)加速C?C、C?N鍵的斷裂，使得涂層更快形成SiO2，耐AO性能增強(qiáng)。

2.3高能粒子輻照防護(hù)涂層

高能粒子輻照的最大危害是靜電荷積累造成的ESD，NASA明確指出在航天器設(shè)計(jì)過程中要考慮ESD防護(hù)方案[24]。加拿大Nova-Plasma公司的研究人員對(duì)涂覆SiO2涂層的Kapton薄膜的ESD現(xiàn)象進(jìn)行了研究，他們采用24keV、1nA的掃描電子束對(duì)樣品進(jìn)行輻照，發(fā)現(xiàn)Kapton薄膜很容易產(chǎn)生由于ESD造成的電流“樹”，而SiO2涂層保護(hù)的Kapton薄膜卻沒有明顯變化[11]。加拿大航天局也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果：他們采用4000V電壓對(duì)Kapton薄膜和SiO2涂層保護(hù)的Kapton薄膜進(jìn)行電暈放電處理，然后測(cè)試其表面殘余電位隨時(shí)間的衰減，發(fā)現(xiàn)有涂層的Kapton薄膜表面電位衰減速率明顯高于普通的Kapton薄膜[15]。

盡管SiO2涂層對(duì)靜電電荷遷移有一定效果，但SiO2自身為絕緣材料，面臨大量帶電粒子的輻照時(shí)仍然存在著ESD的風(fēng)險(xiǎn)。Dupont公司通過在Kapton薄膜制備過程中摻雜導(dǎo)電性炭黑，發(fā)展了牌號(hào)為Kapton XC的薄膜產(chǎn)品。這種方法大幅降低了薄膜表面電阻，可以有效提高材料的ESD防護(hù)能力；但該薄膜為黑色，在對(duì)光學(xué)透明性有要求的部位無法使用。Eltron公司在美國空軍實(shí)驗(yàn)室的資助下，開發(fā)了一種摻雜導(dǎo)電性填料的聚酰亞胺薄膜，牌號(hào)為ConductranTM。該薄膜具有一定的透明性，且表面電阻可以降至108?/□以下，但未見有關(guān)具體導(dǎo)電填料種類的報(bào)道。添加導(dǎo)電性填料必然會(huì)引起薄膜透明性的下降，而通過在聚酰亞胺薄膜上濺射導(dǎo)電的氧化銦錫（ITO）涂層，可使薄膜在具備ESD防護(hù)功能的同時(shí)，具備較高的透明性。但是，ITO涂層太脆，附著力較低，在薄膜彎折變形過程中非常容易破裂和脫落。圖6是Kapton薄膜材料采用以上幾種ESD防護(hù)方法后的表面電阻和光學(xué)透過率數(shù)據(jù)比較。

圖6　幾種ESD防護(hù)方法的比較Fig. 6 Comparison of ESD protection methods

針對(duì)ITO涂層韌性不足的問題，NASA提出了在聚酰亞胺薄膜LaRCTMCP2表面噴涂單壁碳納米管（SWNT）的方案[25]，將聚酰亞胺薄膜表面電阻降低至106～108?/□，可使電荷快速遷移，避免發(fā)生ESD。這種方法制備的聚酰亞胺薄膜可以隨意彎折，并且具有相對(duì)較高的透明性，500nm波長(zhǎng)處的光透過率約為80%（如圖7所示）。

圖7　噴涂SWNT后的LaRCTM CP2Fig. 7 LaRCTMCP2 after spray coating of SWNT

3 總結(jié)與展望

LEO環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)雜，其中原子氧的防護(hù)是重中之重。在這方面，各航天大國均建立了地面模擬裝置，美國、蘇聯(lián)（俄羅斯）等國家在20世紀(jì)70—80年代就開展了飛行搭載試驗(yàn)，積累了豐富的數(shù)據(jù)。中國的蘭州空間物理技術(shù)研究所、北京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院沈陽金屬所、西北工業(yè)大學(xué)等也建立了地面模擬試驗(yàn)裝置，進(jìn)行了多種防護(hù)方案的設(shè)計(jì)、實(shí)施及驗(yàn)證。此外，中國科學(xué)院上海硅酸鹽所和化學(xué)所等在原子氧防護(hù)方面也提出了各自的方案。今后的發(fā)展重點(diǎn)在于有針對(duì)性地開展防護(hù)材料及防護(hù)技術(shù)研究，建立高效材料評(píng)價(jià)方法，厘清材料空間環(huán)境失效機(jī)理，豐富空間環(huán)境防護(hù)材料種類。此外，將本體改性、物理/化學(xué)氣相沉積、有機(jī)樹脂涂覆等方法進(jìn)行有效結(jié)合，從而形成本體防護(hù)、外防護(hù)、快速修復(fù)等多重防護(hù)機(jī)制，將是解決長(zhǎng)壽命LEO航天器耐AO剝蝕的理想選擇，也是未來各研究單位互相協(xié)作、共同研究的目標(biāo)之一。

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（編輯：張艷艷）

Review of protection coating techniques for LEO spacecrafts

Zhang Zongbo1, Lang Guanqing2, Jiang Haifu2, Luo Yongming1, Xu Caihong1
(1. Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China; 2. Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering, Beijing 100094, China)

Abstract:Due to the combined presence of the UV radiation, the atomic oxygen (AO) radiation, the high-energy particle radiation and other factors, the low Earth orbit (LEO) involves the most complex environment for space vehicles, which poses critical challenges for the in-flight spacecrafts. To realize the goal of long-time safe flight, one must adopt special techniques to protect the materials, especially the organic materials for spacecrafts. In this paper, we analyze the factors in the LEO environment, summarize the research progress of protection coatings for spacecrafts, and put forward some future research directions.

Key words:low Earth orbit (LEO); atomic oxygen radiation; ultraviolet radiation; high-energy particle radiation; protection coatings

作者簡(jiǎn)介：張宗波（1984—），男，博士學(xué)位，副研究員，主要從事含硅特種材料的合成及應(yīng)用研究。E-mail: zongbo@iccas.ac.cn。

基金項(xiàng)目：北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所CAST-BISEE創(chuàng)新基金項(xiàng)目

收稿日期：2015-09-14；修回日期：2016-01-25

DOI:10.3969/j.issn.1673-1379.2016.01.020

中圖分類號(hào)：V416.5; TN306

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1673-1379(2016)01-0109-06