GB/T 44000-2024 空间环境 材料空间环境效应地面模拟试验装置通用要求

　　ICS 49. 020 CCS V 06

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 44000—2024

　　空间环境 材料空间环境效应地面模拟

　　试验装置通用要求

　　Spaceenvironment—Generalrequirementsofground simulation testfacility

　　forspaceenvironmentaleffectofmaterials

　　2024-04-25发布 2024-04-25实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 44000—2024

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 一般要求 1

　　4. 1 试验室环境 1

　　4. 2 真空系统 2

　　4. 3 试验控制系统 2

　　4. 4 试验测量系统 2

　　4. 5 安全 3

　　4. 6 其他 3

　　5 空间粒子辐射效应地面模拟试验装置要求 3

　　5. 1 空间粒子辐射效应地面模拟试验装置组成 3

　　5. 2 辐照源 3

　　5. 3 束流监测装置 3

　　5. 4 试样温控系统 4

　　5. 5 高压防护要求 4

　　6 空间紫外辐照效应地面模拟试验装置要求 4

　　6. 1 空间紫外辐照效应地面模拟试验装置组成 4

　　6. 2 太阳近紫外辐照源 4

　　6. 3 太阳远紫外辐照源 4

　　6. 4 辐照度监测 4

　　6. 5 紫外辐照防护 4

　　7 空间原子氧效应地面模拟试验装置要求 5

　　7. 1 空间原子氧效应地面模拟试验装置组成 5

　　7. 2 原子氧源 5

　　7. 3 原子氧束流监测 5

　　7. 4 原子氧辐照防护 5

　　8 空间充放电效应地面模拟试验装置要求 5

　　8. 1 空间充放电效应地面模拟试验装置组成 5

　　8. 2 试验压力 5

　　8. 3 电子枪参数 5

　　8. 4 中高能电子辐照源参数 5

　　Ⅰ

　　GB/T 44000—2024

　　8. 5 等离子体源参数 6

　　8. 6 摄像设备要求 6

　　8. 7 测量系统 6

　　9 材料真空出气性能测试地面模拟试验装置要求 7

　　9. 1 材料真空出气性能测试地面模拟试验装置组成 7

　　9. 2 测试系统组成 7

　　9. 3 电子天平 7

　　9. 4 恒温恒湿箱 7

　　10 空间碎片与微流星体撞击效应地面模拟试验装置要求 7

　　10. 1 空间碎片与微流星体撞击效应地面模拟试验装置组成 7

　　10. 2 超高速发射系统 7

　　10. 3 测试系统 8

　　10. 4 安全防护 8

　　11 热循环效应地面模拟试验装置要求 8

　　11. 1 热循环装置 8

　　11. 2 加热与冷却模式 8

　　11. 3 冷却模式 8

　　11. 4 控温装置 8

　　Ⅱ

　　GB/T 44000—2024

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1. 1—2020《标准化工作导则 第 1部分 :标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由中国科学院提出 。

　　本文件由全国宇航技术及其应用标准化技术委员会(SAC/TC425)归 口 。

　　本文件起草单位 :北京卫星环境工程研究所 、深圳星地孪生科技有限公司 、哈尔滨工业大学 、中国科学院国家空间科学中心 、湘潭大学 、中国科学院上海光学精密机械研究所 、西安交通大学 、北京东方计量测试研究所 、上海瀚海检测技术股份有限公司 、北京天工科仪空间技术有限公司 、中国空间技术研究院 。

　　本文件主 要 起 草 人 : 沈 自 才 、刘 向 鹏 、赵 瑜 、丁 义 刚 、欧 阳 晓 平 、季 启 政 、王 世 金 、刘 宇 明 、邱 震 钰 、韩建伟 、曹燕 、刘业楠 、吴宜勇 、崔云 、张庆 、杨铭 、冯娜 、路子威 、吴军 、王汉风 、李昌宏 、王月 、刘薇 、孙威 。

　　Ⅲ

　　GB/T 44000—2024

　　空间环境 材料空间环境效应地面模拟

　　试验装置通用要求

　　1 范围

　　本文件规定了材料空间环境效应地面模拟装置的通用要求 ,包括试验装置涉及的试验室环境 、真空系统 、试验控制系统 、试验测量系统 、安全等一般要求 , 以及开展不同的材料空间环境效应地面模拟试验涉及的模拟源 、试验监测系统 、性能测试系统 、安全与防护等特殊要求 。

　　本文件适用于真空 、带电粒子 、空间紫外 、空间原子氧 、空间等离子体 、空间碎片与微流星体等空间环境及产生的真空出气 、热循环 、粒子辐射效应 、紫外辐照 、原子氧剥蚀 、表面充放电 、内部(深层) 充放电 、超高速撞击等效应的地面模拟装置的研制与应用 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本文件 。

　　GB/T 32452—2015 航天器空间环境术语

　　GB/T 34517—2017 航天器用非金属材料真空出气评价方法

　　3 术语和定义

　　GB/T 32452—2015和 GB/T 34517—2017界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。 3. 1

　　回复效应 recovery effect

　　材料在模拟环境试验条件下产生性能的退化 ,在停止模拟环境作用暴露大气条件后 ,性能全部或部分回复的现象 。

　　3.2

　　原位测试 in-situ measurement

　　在真空条件下 ,对试样进行的测试 。

　　4 一般要求

　　4. 1 试验室环境

　　除非另有规定 ,试验室环境要求如下 :

　　a) 温度 :15 ℃ ~ 35 ℃ ;

　　b) 相对湿度 :20% ~ 80% ;

　　c) 压力 : 当地大气压力 。

　　1

　　GB/T 44000—2024

　　4.2 真空系统

　　4.2. 1 真空室

　　除非另有规定 ,真空室要求如下 :

　　a) 空载压力应小于 10-4 Pa;

　　b) 应能提供满足试验要求的测量和供电通道 ;

　　c) 应安装污染测量装置 ,如石英晶体微量天平或光学试片等 ;

　　d) 连续空载运行 24h后 ,真空室内的有机污染物沉积量不应超过 1. 0× 10- 7 g/cm2 ;

　　e) 真空室一般应有观察窗 ;

　　f) 对有污染控制要求的真空室 ,应配有热沉,热沉工作温度应低于 -30 ℃ 。

　　4.2.2 真空抽气系统

　　真空抽气系统要求如下 :

　　a) 真空抽气设备应采用无油系统 ;

　　b) 真空室应采用放气率低的材料 ,应采用无磁不锈钢 ,密封材料应采用金属-金属或金属-橡胶 。

　　4.3 试验控制系统

　　试验控制系统要求如下 :

　　a) 应对真空度进行实时监控 ;

　　b) 应对模拟环境的关键参数进行实时监控 ,满足环境试验参数等效性 ;

　　c) 必要时应对试验件温度进行控制 ,满足试验要求的温度范围 。

　　4.4 试验测量系统

　　4.4. 1 温度测量系统

　　温度测量系统要求如下 :

　　a) 温度测量传感器可使用热电偶或铂电阻 ;

　　b) 测量精度应高于 ±0. 5 ℃ 。

　　4.4.2 压力测量系统

　　压力测量范围 :1. 0× 10- 5 Pa~ 1. 0×105 Pa。

　　4.4.3 性能测量系统

　　应具备对试样光学性能 、电学性能等具有回复效应的性能进行原位测试的能力 。

　　4.4.4 污染测量系统

　　污染测量系统要求如下 :

　　a) 应采用石英晶体微量天平等仪器对污染沉积量进行监测 ;

　　b) 沉积污染测量精度应高于 1. 0× 10-8 g/(cm2 · Hz) 。

　　4.4.5 试样温控系统

　　对需要控制温度的试样 ,可利用浴油温控系统 、恒温循环箱或电/光加热系统等温控装置进行温度控制 。

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　　GB/T 44000—2024

　　4.5 安全

　　试验安全要求如下 :

　　a) 试验装置的水 、电 、气应符合相关安全要求 ;

　　b) 试验装置应接地良好 ;

　　c) 危险品应在安全区域内 ,保持试验室内通风状况良好 ;

　　d) 注意试验区的防火 ,现场的灭火器应在有效期内 ;

　　e) 应具有高电压防护装置 。

　　4.6 其他

　　其他要求如下 :

　　a) 试验仪器与设备功能应完好 ;

　　b) 试验用仪器应经二级以上(含二级) 计量部门检定合格 ,并在有效期内使用 ;

　　c) 试验室内应采取有效措施减少或消除各种污染物 ,特别是有机污染物 ;

　　d) 应使用符合污染控制要求的材料和器材 。

　　5 空间粒子辐射效应地面模拟试验装置要求

　　5. 1 空间粒子辐射效应地面模拟试验装置组成

　　空间粒子辐射效应地面模拟试验装置一般由辐射源 、束流监测装置 、性能测试装置 、真空系统 、试样温控系统等部分组成 。

　　5.2 辐照源

　　5.2. 1 电子辐照源

　　电子辐照源及要求如下 :

　　a) 根据需求可选用电子枪或电子加速器 ,能量在 100 keV 以下推荐选用电子枪 ,能量在 100 keV以上宜选用电子加速器 ;

　　b) 电子能量一般在 10 keV~0. 5 MeV,通量一般在 1×108 cm- 2 · s-1 ~ 1×1012 cm- 2 · s- 1 ;

　　c) 试样被辐照面的束流不均匀性一般不超过 ±20% ,束流不稳定性一般每小时不超过 ±5% 。

　　5.2.2 质子辐照源

　　质子辐照源及要求如下 :

　　a) 根据需求选用质子源或质子加速器 ,能量在 100keV 以下宜选用质子源 ,能量在 100keV 以上宜选用质子加速器 ;

　　b) 质子能量一般在 10 keV~ 1 MeV,通量一般在 1× 108 cm- 2 · s- 1 ~ 1× 1011 cm- 2 · s- 1 ,质子纯度优于 95%以上 ;

　　c) 试样被辐照面的束流不均匀性一般不超过 ±30% ,束流不稳定性一般每小时不超过 ±5% 。

　　5.3 束流监测装置

　　束流监测装置及要求如下 :

　　a) 试验中应对带电粒子束流进行标定和监测 ;

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　　b) 束流测量装置一般由法拉第杯和微电流计组成 ,测量中要抑制二次电子和杂散带电粒子对测量结果的影响 ;

　　c) 束流测量精度优于 ±5% 。

　　5.4 试样温控系统

　　试验过程中试样温度应控制在 50 ℃以下 。

　　5.5 高压防护要求

　　保证设备接地良好 ,避免发生触电伤害 。

　　6 空间紫外辐照效应地面模拟试验装置要求

　　6. 1 空间紫外辐照效应地面模拟试验装置组成

　　材料的空间紫外辐射效应地面模拟试验装置一般由紫外辐照源 、辐照度监测装置 、真空系统 、试样温控系统等部分组成 。

　　6.2 太阳近紫外辐照源

　　太阳近紫外辐照源及要求如下 :

　　a) 太阳近紫外辐照源应能产生波长在 200 nm~ 400 nm 的紫外光 ,光源采用氙弧灯 、汞氙灯 、汞弧灯 、碳弧灯等 ,优先采用氙弧灯 ,使用以上光源时 ,应滤除光谱中的可见光和红外光 ;

　　b) 辐照试验中紫外光源辐照度的衰减不应超过其初始强度的 30% ;

　　c) 辐照度应满足 118W/m2 ~ 590W/m2 ,辐照度不均匀性不超过 ±15% 。

　　6.3 太阳远紫外辐照源

　　太阳远紫外辐照源及要求如下 :

　　a) 远紫外辐照源应能产生波长在 115 nm~ 200 nm 的紫外光 ,光源采用氘灯 、氢灯或其他气体放电灯 ,优先采用氘灯 ;

　　b) 远紫外光谱范围为 115 nm~ 200 nm ,辐照度应满足 0. 1 W/m2 ~ 10W/m2 ,辐照度不均匀性不超过 ±20% 。

　　6.4 辐照度监测

　　紫外辐照度监测系统要求如下 :

　　a) 应采用紫外辐照度计等辐照度测试设备对紫外的辐照度进行标定 ;

　　b) 应利用太阳电池片或激光能量计等装置监测辐照度的变化 ;

　　c) 测量精度应高于 ±5% 。

　　6.5 紫外辐照防护

　　紫外辐照防护要求如下 :

　　a) 实验室应具有良好的排风系统 ,及时将紫外辐射产生的臭氧等有害烟气排出 ;

　　b) 应采取有效措施防止紫外灯源爆炸对身体的危害 。

　　4

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　　7 空间原子氧效应地面模拟试验装置要求

　　7. 1 空间原子氧效应地面模拟试验装置组成

　　空间原子氧效应地面模拟试验装置由原子氧源 、真空系统及相应的测量仪器等部分组成 。

　　7.2 原子氧源

　　原子氧源要求如下 :

　　a) 应采用微波等离子体 、激光解离或其他原子氧源 ;

　　b) 原子氧束流能量范围应在 3 eV~ 10 eV;

　　c) 原子氧束流通量应满足 1014 cm- 2 · s-1 ~ 1016 cm- 2 · s- 1 ;

　　d) 原子氧照射面积内束流密度不均匀性应小于 10% ;

　　e) 原子氧的作用方式应使用定向束流式原子氧设备 。

　　7.3 原子氧束流监测

　　应采用 Kapton H 薄膜标准样或质谱仪监测原子氧的束流密度 。

　　7.4 原子氧辐照防护

　　原子氧辐照防护要求如下 :

　　a) 对采用微波等离子体产生原子氧的设备 ,应具备微波辐射防护能力 ;

　　b) 对采用激光解离原子氧的设备 ,应具备激光与紫外辐射防护能力 。

　　8 空间充放电效应地面模拟试验装置要求

　　8. 1 空间充放电效应地面模拟试验装置组成

　　空间充放电效应地面模拟试验装置主要由电子枪或者电子加速器 、电子放射源或等离子体源 、真空系统及相应的测量系统组成 。 电子枪用于表面充放电 , 中高能电子加速器 、电子放射源用于内部(深层)充放电试验 。

　　8.2 试验压力

　　试验压力要求如下 :

　　a) 在使用电 子 枪 或 者 电 子 加 速 器 、电 子 放 射 源 的 环 境 下 , 真 空 容 器 内 工 作 压 力 应 不 高 于 1× 10- 3 Pa;

　　b) 在使用低温等离子体源的环境下 ,真空容器内工作压力应不高于 0. 01Pa。

　　8.3 电子枪参数

　　电子枪参数要求如下 :

　　a) 电子束流密度应满足 0. 1 nA/cm2 ~ 100 nA/cm2 ;

　　b) 电子能量应满足 1 keV~ 30 keV;

　　c) 电子枪辐照面(大于试件)不均匀性应小于 30% 。

　　8.4 中高能电子辐照源参数

　　中高能电子辐照源参数要求如下 :

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　　a) 电子束流密度应为 0. 1 pA/cm2 ~ 10 pA/cm2 量级 ;

　　b) 电子应为 100 keV~n MeV 的单能电子或者连续能谱电子 ;

　　c) 电子束辐照面(大于试件)不均匀性应小于 30% 。

　　8.5 等离子体源参数

　　等离子体源参数要求如下 :

　　a) 等离子体密度应满足 105 cm-3 ~ 107 cm- 3 ;

　　b) 等离子体温度应小于 5 eV;

　　c) 等离子体体积(大于试件)不均匀性应小于 30% 。

　　8.6 摄像设备要求

　　摄像设备要求如下 :

　　a) 摄像设备应具备在低照度的试验环境下(光照度低于 0. 6 lx) 拍摄试验现象的能力 ;

　　b) 摄像设备的拍摄帧数应不低于 25帧每秒(f/s) ;

　　c) 摄像设备应具有防强光保护功能 , 防止放电亮度过强烧毁图像传感器芯片 ;

　　d) 摄像记录时间应长于组件完成一次试验过程的时间 。

　　8.7 测量系统

　　8.7. 1 电子束流测量系统

　　电子束流测量系统要求如下 :

　　a) 在使用电子枪模拟时 ,采用法拉第杯和微电流计测量电子束流 ;

　　b) 微电流计测量量程一般应满足 2× 10- 11 A~ 2× 10- 3 A;

　　c) 一般应具有移动扫描设备 。

　　8.7.2 等离子体参数测量系统

　　等离子体参数测量系统要求如下 :

　　a) 在使用等离子体源模拟时 ,应采用朗缪尔探针测量等离子体参数 ;

　　b) 等离子体密度测量范围一般应满足 104 cm-3 ~ 109 cm- 3 ,温度测量范围最大满足 20 eV;

　　c) 一般应具有移动扫描设备 。

　　8.7.3 表面电位测量系统

　　表面电位测量系统要求如下 :

　　a) 在使用电子枪或中高能电子辐照时 ,采用非接触式测量方法测量表面电位 ;

　　b) 测量范围应满足 -20kV~ +20kV;

　　c) 测量精度优于 5% ;

　　d) 测量最小分辨能力优于 1 V;

　　e) 应具有移动扫描设备 。

　　8.7.4 放电脉冲测量系统

　　放电脉冲测量要求如下 :

　　a) 可使用电流探头测量放电电流脉冲 ,也可使用天线接收静电放电的电场信号 ;

　　b) 电流探头测量电流范围应满足 0 A~ 15A;

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　　c) 电流探头测量脉冲电流峰值应不小于 50A;

　　d) 电流探头测量带宽应不低于 50 MHz;

　　e) 天线的频率范围应满足 10 kHz~ 100 MHz。

　　9 材料真空出气性能测试地面模拟试验装置要求

　　9. 1 材料真空出气性能测试地面模拟试验装置组成

　　真空出气性能测试地面模拟试验装置主要由测试系统 、电子天平 、恒温恒湿箱等组成 。

　　9.2 测试系统组成

　　9.2. 1 真空单元

　　真空单元应符合 GB/T 34517—2017中 6. 2. 2. 2 的要求 。

　　9.2.2 测试单元

　　测试单元包括出气单元和收集单元 。测试单元有 6个以上 。 出气单元和收集单元用中间带孔的隔板隔开 。测试单元的形状 、尺寸及性能应符合 GB/T 34517—2017中 6. 2. 2. 3 的要求 。

　　9.2.3 温度控制单元

　　温度控制单 元 主 要 由 样 品 腔 温 控 仪 和 收 集 腔 温 控 仪 组 成 。 温 度 控 制 单 元 的 温 度 控 制 应 符 合GB/T 34517—2017中 6. 2. 2. 4 的要求 。

　　9.3 电子天平

　　最大量程高于 2 g,感量为 1× 10- 6 g。

　　9.4 恒温恒湿箱

　　恒温恒湿 箱 的 温 度 控 制 范 围 为 1 ℃ ~ 100 ℃ , 控 温 精 度 优 于 ± 1 ℃ , 湿 度 控 制 范 围 为 20% ~ 80% ,湿度控制精度优于 ±5 ℃ 。

　　10 空间碎片与微流星体撞击效应地面模拟试验装置要求

　　10. 1 空间碎片与微流星体撞击效应地面模拟试验装置组成

　　空间碎片与微流星体撞击效应地面模拟试验装置由超高速发射系统和测试系统组成 。

　　10.2 超高速发射系统

　　模拟系统要求如下 :

　　a) 空间碎片与微流星体超高速发射系统可分为轻气炮 、激光驱动微小碎片装置 、等离子体驱动微小碎片装置 、粉尘静电加速装置 ;

　　b) 宜使用轻气炮模拟速度 2 km/s~ 8 km/s 的毫米级球形碎片 ;

　　c) 宜使用激光驱动 微 小 碎 片 装 置 模 拟 直 径 0. 5 mm ~ 1. 2 mm , 厚 度 μm 量 级 , 速 度 1 km/s~ 10 km/s 的片状碎片 ;

　　d) 宜使用等离子体驱动微小碎片装置模拟直径 10 μm~ 100 μm ,速度 1 km/s~ 2 km/s 的球状碎片 ;

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　　GB/T 44000—2024

　　e) 宜使用粉尘静电加速器装置模拟撞击速度最大应达到 50 km/s 以上的粒子 。

　　10.3 测试系统

　　测试系统一般包括速度测量系统和撞击过程诊断系统 ,要求如下 :

　　a) 速度测量可用磁感应测速法 、激光遮断测速法等方法测量 ,测量不确定度应小于 5% ;

　　b) 粉尘静电加速系统的速度测量宜采用法拉第筒测量 ;

　　c) 撞击过程模拟碎片的演化过程可用闪光 X射线照相机 、超高速摄影系统 、激光阴影照相系统等测量 。

　　10.4 安全防护

　　安全防护要求如下 :

　　a) 轻气炮装置应注意氢气 、氦气 、氮气 、火工装置 、高压气室等危险源的防护 ;

　　b) 激光驱动微小碎片装置应注意激光防护 ;

　　c) 等离子体驱动微小碎片装置和粉尘静电加速装置应注意高压触电防护 。

　　11 热循环效应地面模拟试验装置要求

　　11. 1 热循环装置

　　热循环装置要求如下 。

　　a) 热循环装置应有两个不同温度的恒温区域 ,且能使试样快速地(10 s 内) 从一个恒温区转移到另一个恒温区 。试样的转移采用人工或自动的方法 。

　　b) 对低温区应采取措施 , 降低湿度 , 以避免试样表面结霜 。

　　c) 高温恒温区的温度应能达到 200 ℃ ,低温恒温区的温度应能达到 -160℃;如采用浸入液氮的方法 ,低温温度可达 -196 ℃ 。

　　11.2 加热与冷却模式

　　加热与冷却模式要求如下 :

　　a) 材料加热宜采用电加热 、热笼红外加热 、高功率光源的光热系统等 ;

　　b) 宜利用浴油温控系统 、恒温循环箱或电/光加热系统等进行保温 ;

　　c) 加热速率应根据材料热容/热导 、几何尺度等参数和加热功率评估和控制 。

　　11.3 冷却模式

　　材料的冷却模式可根据实验条件确定 :真空条件下 ,一般采用热沉 、导热样品台冷却 ;冷却模式选择要根据材料参数 、冷却温度确定 。

　　11.4 控温装置

　　应能使两个恒温区的温度达到试验要求的温度 。温度控制精度 :高温区 ±2 ℃ ,低温区 ±5 ℃ 。

　　8