邱家穩(wěn) 沈自才 肖林

（1 中國(guó)空間技術(shù)研究院，北京 100094）（2 北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所，北京 100094）（3中國(guó)空間技術(shù)研究院載人航天總體部，北京 100094）

1 引言

航天器在軌運(yùn)行期間所面臨的空間環(huán)境包括真空、低溫與冷黑、帶電粒子輻射、太陽(yáng)電磁輻射、空間碎片、微流星體和原子氧等［1-2］。這些空間環(huán)境對(duì)航天器的敏感材料和器件帶來(lái)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，可導(dǎo)致其性能退化甚至失效，嚴(yán)重影響其在軌可靠性及壽命。近年來(lái)，針對(duì)單一因素環(huán)境效應(yīng)的地面模擬試驗(yàn)研究，人們開(kāi)展了大量的工作，但試驗(yàn)結(jié)果與空間飛行數(shù)據(jù)并不完全吻合。這是因?yàn)槎喾N環(huán)境因素組合產(chǎn)生了與地面試驗(yàn)單一因素不同的新的協(xié)和效應(yīng)。因此，要對(duì)航天器在軌時(shí)的空間多因素環(huán)境協(xié)和效應(yīng)進(jìn)行研究，以指導(dǎo)航天器敏感材料與器件的空間環(huán)境效應(yīng)地面模擬試驗(yàn)，并對(duì)航天器空間環(huán)境故障分析提供指導(dǎo)。目前，如何對(duì)空間多因素環(huán)境協(xié)和效應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)價(jià) 以及如何調(diào)控與利用空間環(huán)境 已成為未來(lái)長(zhǎng)壽命航天器建造的制約性環(huán)節(jié)之一。在航天器材料與器件的設(shè)計(jì)、研制與選用過(guò)程中，要充分考慮空間多因素環(huán)境協(xié)和效應(yīng)對(duì)其性能的影響，進(jìn)而在地面模擬試驗(yàn)過(guò)程中加強(qiáng)環(huán)境協(xié)和效應(yīng)試驗(yàn)方法、退化機(jī)理、預(yù)示方法與防護(hù)措施的研究，以更好地提高航天器在軌的可靠性，滿足新一代航天任務(wù)與航天器長(zhǎng)壽命的要求。

本文在對(duì)空間環(huán)境協(xié)和效應(yīng)研究必要性進(jìn)行梳理和分析的基礎(chǔ)上，對(duì)航天器艙內(nèi)外環(huán)境協(xié)和效應(yīng)進(jìn)行了分析。

2 空間環(huán)境協(xié)和效應(yīng)

航天器在軌運(yùn)行期間所處的空間環(huán)境是復(fù)雜的，這些環(huán)境不僅單獨(dú)對(duì)航天器敏感材料與器件產(chǎn)生作用；還可能誘發(fā)次生環(huán)境，如有的環(huán)境對(duì)航天器的作用可能引發(fā)另一個(gè)環(huán)境對(duì)航天器的效應(yīng)，有的環(huán)境可能對(duì)其他環(huán)境產(chǎn)生的效應(yīng)具有增強(qiáng)作用，有的則有減弱作用。不同空間環(huán)境因素協(xié)和效應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表1。從空間環(huán)境是多因素環(huán)境，不同空間環(huán)境及效應(yīng)是相互關(guān)聯(lián)的，以及提高地面模擬試驗(yàn)和故障分析的有效性等角度分析可知，單獨(dú)研究某一種環(huán)境對(duì)航天器的影響，可能出現(xiàn)研究不充分、效應(yīng)誤差較大等問(wèn)題，因此，有必要進(jìn)一步加強(qiáng)空間多因素環(huán)境對(duì)航天器性能退化協(xié)和效應(yīng)的研究。下文將從航天器艙外和艙內(nèi)兩個(gè)方面對(duì)空間環(huán)境協(xié)和效應(yīng)進(jìn)行分析。

表1 不同空間環(huán)境因素協(xié)和效應(yīng)關(guān)系Table 1 Synergistic effect between various space environments

2．1 航天器艙外環(huán)境協(xié)和效應(yīng)

2．1．1 空間環(huán)境間協(xié)和效應(yīng)

1）帶電粒子輻射與太陽(yáng)電磁輻射的協(xié)和效應(yīng)

航天器在軌運(yùn)行期間 其外露材料遭受的環(huán)境輻射不但包括帶電粒子輻射（主要是電子和質(zhì)子），還包括太陽(yáng)電磁輻射（主要是紫外線）。在這些環(huán)境綜合作用下，表層熱控材料和光學(xué)器件，特別是有機(jī)熱控涂層，其性能將出現(xiàn)較大的退化乃至失效。這是因?yàn)椋簬щ娏Ｗ虞椛洳坏赡芷茐挠袡C(jī)材料的化學(xué)鍵，而且可引起材料內(nèi)部發(fā)生電離效應(yīng)或位移效應(yīng)；而紫外輻射可造成化學(xué)鍵斷裂乃至電離，引起帶電粒子輻射損傷的加劇或損傷的修復(fù)。

馮偉泉等［3］對(duì)S781白漆、SR107-ZK 白 漆、F46鍍銀、光學(xué)表面反射鏡（OSR）二次表面鏡、ACR-1導(dǎo)電白漆等在空間電子、質(zhì)子和近紫外輻射環(huán)境下的協(xié)和效應(yīng)進(jìn)行了地面模擬試驗(yàn)研究，研究結(jié)果與我國(guó)東方紅二號(hào)衛(wèi)星熱控涂層的飛行試驗(yàn)結(jié)果非常接近。這說(shuō)明對(duì)航天器外露材料采用綜合輻射研究比單因素輻射研究，更能真實(shí)反應(yīng)航天器在軌的實(shí)際情況。

2）原子氧與紫外輻射的協(xié)和效應(yīng)

在200～700km 的低地球軌道上，同時(shí)存在原子氧環(huán)境和紫外輻射環(huán)境。大量飛行試驗(yàn)和地面模擬試驗(yàn)結(jié)果表明，原子氧和紫外輻射環(huán)境是造成低地球軌道航天器表面退化的主要原因［4］。原子氧環(huán)境與紫外輻射環(huán)境對(duì)航天器表面材料的協(xié)和作用機(jī)理較復(fù)雜。一方面，原子氧對(duì)紫外輻射效應(yīng)具有“漂白”作用。紫外輻射可導(dǎo)致航天器表面材料（如溫控白漆）顏色加深甚至黑化，使太陽(yáng)吸收率增加；原子氧環(huán)境則對(duì)紫外產(chǎn)生的溫控漆退化產(chǎn)生“漂白”作用，使其光學(xué)性能有某種程度的恢復(fù)。另一方面，紫外輻射對(duì)原子氧侵蝕效應(yīng)具有“促進(jìn)”作用。例如：原子氧和紫外的協(xié)和效應(yīng)會(huì)加劇某些溫控漆表面剝蝕，表現(xiàn)為相互加強(qiáng)的作用，這是因?yàn)樽贤廨椛鋾?huì)導(dǎo)致溫控涂層或者有機(jī)聚合物發(fā)生分子鏈的交聯(lián)、化學(xué)鍵的斷裂，從而引起材料的表面軟化或者碎裂，為原子氧的侵蝕提供通道，加劇原子氧的侵蝕。

3）空間碎片與原子氧的協(xié)和作用

空間碎片與原子氧的協(xié)和作用將大大加劇空間材料遭受侵蝕的程度。小于1mm 的空間微小碎片通常不會(huì)對(duì)航天器造成災(zāi)難性損傷；但是由于其數(shù)量大，與航天器的碰撞概率高，對(duì)航天器表面多次撞擊造成的長(zhǎng)期積累效應(yīng)是很明顯的。在微小碎片的撞擊下，航天器空間功能性防護(hù)膜上會(huì)出現(xiàn)許多孔洞或裂紋，雖然這些缺陷小得難以發(fā)現(xiàn)，但給原子氧提供了一個(gè)進(jìn)入基底材料的通道，原子氧進(jìn)入防護(hù)層下潛蝕并掏空，引起防護(hù)層撕裂和脫落，進(jìn)而導(dǎo)致防護(hù)措施失效 尤其是對(duì)大面積板形結(jié)構(gòu)的平面陣天線和太陽(yáng)電池陣危害更大。以色列Ronen Verker研究小組利用激光驅(qū)動(dòng)的高速微小碎片，研究了微小碎片與原子氧對(duì)航天器表面聚合物熱控材料的協(xié)和效應(yīng)，研究發(fā)現(xiàn)微小碎片高速撞擊熱控材料后引起了原子氧侵蝕速率的增加［5］。碎片撞擊形成的孔洞為原子氧侵蝕提供了大量的微觀表面，從而增加其侵蝕速率，這就說(shuō)明由于微小碎片的撞擊而引起原子氧侵蝕的增強(qiáng)，給航天器表面材料帶來(lái)了更大的危害，從而證實(shí)了兩者的協(xié)和作用確實(shí)存在。

2．1．2 空間環(huán)境誘導(dǎo)效應(yīng)

1）空間多環(huán)境因素誘導(dǎo)污染效應(yīng)研究

在空間環(huán)境誘導(dǎo)污染效應(yīng)研究中，國(guó)外的研究主要關(guān)注空間紫外輻射、表面帶電和空間碎片等誘導(dǎo)污染效應(yīng)。

（1）空間碎片與微流星體誘導(dǎo)污染效應(yīng)?？臻g碎片和微流星體可能與航天器發(fā)生碰撞并導(dǎo)致航天器的損傷，損傷的種類與程度取決于航天器的大小、構(gòu)型和工作時(shí)間，以及微流星體質(zhì)量、密度和速度等特性。這種撞擊損傷包括壓力容器的破裂、舷窗的退化、熱控涂層的層裂、熱防護(hù)性能的降低和天線系統(tǒng)的損傷?？臻g碎片和微流星體對(duì)航天器造成損傷的同時(shí)，其撞擊過(guò)程中產(chǎn)生的噴濺物也對(duì)航天器造成污染。例如，超高速碎片撞擊大面積太陽(yáng)電池陣，其產(chǎn)生的污染可吸收或散射特定波長(zhǎng)的電磁輻射。由超高速撞擊引起的污染，可導(dǎo)致透明表層玻璃材料的太陽(yáng)透過(guò)率產(chǎn)生高達(dá)15%的退化［6］。

（2）紫外輻射、原子氧與污染的協(xié)和效應(yīng)。紫外輻射和原子氧侵蝕均會(huì)造成航天器材料的出氣，出氣物質(zhì)在航天器表面的沉積，會(huì)導(dǎo)致對(duì)航天器敏感材料和器件的污染，光學(xué)器件透過(guò)率的降低，熱控涂層性能的退化等。然而，紫外輻射和原子氧對(duì)航天器材料的誘發(fā)污染機(jī)制是復(fù)雜的。首先，紫外輻射造成航天器表面材料，尤其是有機(jī)材料發(fā)生化學(xué)鍵的斷裂，吸附分子和材料組分的解吸附，從而引起出氣，導(dǎo)致污染效應(yīng)的發(fā)生；其次，原子氧的掏蝕和對(duì)航天器表面材料的濺射及化學(xué)反應(yīng)，引起材料分子或組分在周圍擴(kuò)散沉積，造成對(duì)航天器的污染；再次，原子氧對(duì)航天器材料的侵蝕和濺射產(chǎn)生的污染物，在航天器表面沉積并受到紫外輻射的作用后，將固化在航天器的表面，加劇了污染對(duì)航天器的影響；最后，航天器表面的污染在原子氧的濺射與化學(xué)反應(yīng)的作用下，又將發(fā)生剝蝕與減少，對(duì)污染起到減緩的作用。因此，紫外輻射與原子氧對(duì)其誘發(fā)的污染效應(yīng)機(jī)理與航天器表層材料的成分 結(jié)構(gòu)等密切相關(guān)。針對(duì)不同的航天器材料，要分別分析。

（3）表面帶電對(duì)污染的增強(qiáng)效應(yīng)。航天器表面充電后還會(huì)產(chǎn)生帶電粒子吸附，從而增加表面污染，這是由于從航天器上出氣或?yàn)R射出來(lái)的中性原子，被太陽(yáng)光電離或與其他離子交換電荷，產(chǎn)生一個(gè)低能離子群。這些離子會(huì)被吸引到帶負(fù)電的表面并附著其上，使表面光學(xué)性能產(chǎn)生變化，溫度升高，透射率降低，吸收系數(shù)增大，表面電導(dǎo)率減小。航天器表面污染還會(huì)引起入射電子和次生電子數(shù)量的變化，從而引起光電性能的變化，表面電導(dǎo)率減小，加劇表面充放電。表面帶電還將引起空間環(huán)境等離子體測(cè)量的誤差。

（4）帶電粒子與紫外輻射的污染誘導(dǎo)協(xié)和效應(yīng)。帶電粒子與紫外輻射也會(huì)引起航天器外露材料或器件的出氣，從而加重航天器敏感材料或器件的污染，造成其光學(xué)性能下降。對(duì)熱控材料，則造成其太陽(yáng)吸收率升高，影響航天器熱控的安全性。真空紫外環(huán)境會(huì)造成污染物的蒸發(fā)，并改變表面沉積污染物的形態(tài)，使聚合物分子間化學(xué)鍵斷裂重聯(lián)，造成污染物與基底之間產(chǎn)生化學(xué)變化，加重污染效果。

2）空間多環(huán)境因素誘導(dǎo)充放電研究

帶電粒子的不均勻沉積和紫外輻射造成的光電效應(yīng)等，導(dǎo)致航天器結(jié)構(gòu)出現(xiàn)電位差，從而誘發(fā)航天器表面帶電及自發(fā)放電現(xiàn)象。表面放電通常會(huì)造成航天器表面材料穿孔性局部損壞，導(dǎo)致航天器中的敏感材料與器件因瞬間的高電壓、高電流而毀壞失效。低地球軌道航天器不可避免地會(huì)受到空間微小碎片的撞擊，研究結(jié)果表明，空間碎片撞擊后產(chǎn)生的帶電碎片噴射物是具有高電導(dǎo)率的等離子體，它為放電提供了一個(gè)便利的渠道，從而引發(fā)持續(xù)的電弧放電現(xiàn)象。靜電放電能夠在太陽(yáng)電池陣中產(chǎn)生持續(xù)的二次電弧，并且一定是在邊緣發(fā)生（如在太陽(yáng)電池片之間，在那里存在偏壓和介質(zhì)材料）。然而，超高速碎片產(chǎn)生的噴射物和污染，能夠較靜電放電更容易誘發(fā)太陽(yáng)電池陣二次電弧，這在文獻(xiàn)［7］中得到了確認(rèn)。文獻(xiàn)［7］中，以4．9km／s發(fā)射的Al粒子產(chǎn)生負(fù)粒子噴射，在撞擊點(diǎn)附近55cm 的位置、幾毫秒的時(shí)間內(nèi)變?yōu)檎姾??？紤]到這個(gè)二次電弧放電誘發(fā)機(jī)制，可以認(rèn)為撞擊產(chǎn)生的等離子體或者碎片噴濺物，是太陽(yáng)電池片之間1mm 縫隙處放電的原因（見(jiàn)圖1）。此外，空間高真空、高低溫及溫度交變也將與原子氧、輻射等環(huán)境發(fā)生協(xié)和效應(yīng)，進(jìn)而對(duì)航天器的在軌性能與可靠性帶來(lái)威脅。

圖1 碎片誘發(fā)太陽(yáng)電池片間放電示意圖Fig．1 Discharge of solar panel induced by space debris

2．2 航天器艙內(nèi)環(huán)境協(xié)和效應(yīng)

航天器密封艙長(zhǎng)期在軌運(yùn)行期間，還要承受艙內(nèi)溫濕度／氣流、殘余／次級(jí)輻射和微生物等環(huán)境協(xié)和效應(yīng)的影響，以下就艙內(nèi)綜合環(huán)境對(duì)材料和生物的協(xié)和效應(yīng)進(jìn)行分析。

2．2．1 微生物與微振動(dòng)協(xié)和效應(yīng)

航天器艙體轉(zhuǎn)位、機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)和太陽(yáng)電池陣展開(kāi)等在軌操作，會(huì)引起航天器的振動(dòng)；在空間微重力環(huán)境中，這種振動(dòng)很難自行衰減，從而造成航天器結(jié)構(gòu)材料和部分功能材料因振動(dòng)而產(chǎn)生應(yīng)力疲勞。在長(zhǎng)期應(yīng)力作用下，艙內(nèi)微生物對(duì)金屬材料的腐蝕會(huì)加劇。在振動(dòng)應(yīng)力和微生物腐蝕的共同作用下，金屬材料表面的氧化膜被微生物腐蝕而造成基底金屬的裸露，使裸露金屬表面和未破壞的材料表面分別形成了陽(yáng)極和陰極，從而進(jìn)一步產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象［8］。而且，由于裸露的金屬陽(yáng)極面積比陰極小得多，陽(yáng)極將承受很大的電流密度，這也會(huì)加速已破壞表面的腐蝕。如果這種腐蝕得不到有效控制，被破壞處將逐漸形成裂紋，從而造成航天器結(jié)構(gòu)材料的損壞和功能材料的失效，并最終影響航天器的在軌可靠性和安全性。

2．2．2 微生物、溫濕度和氣體循環(huán)協(xié)和效應(yīng)

航天器上適宜的溫度和濕度為微生物的滋生繁殖創(chuàng)造了理想的條件，從和平號(hào)空間站和“國(guó)際空間站”上的微生物分布情況來(lái)看，冷凝水沉積比較嚴(yán)重的地方或航天員洗漱區(qū)域，微生物的污染情況最為嚴(yán)重［9］。同時(shí)，航天員的活動(dòng)以及空氣的流動(dòng)，使微生物能夠傳播分散到航天器的各個(gè)角落［10］，這使航天器內(nèi)環(huán)境中的微生物污染狀況更為嚴(yán)峻。

除了水以外，微生物的生存還需要一定的有機(jī)和無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。航天員新陳代謝產(chǎn)物，以及航天器上表面涂層、橡膠圈和紡織物等材料，為微生物的繁殖提供了大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。微生物分泌物能破壞航天器金屬結(jié)構(gòu)的表面防護(hù)涂層和密封膠一方面，微生物將防護(hù)涂層的有機(jī)物作為營(yíng)養(yǎng)源，附著在其上生長(zhǎng)繁殖，對(duì)其進(jìn)行腐蝕，使其失去防護(hù)作用；另一方面，部分微生物的代謝物也會(huì)對(duì)防護(hù)涂層進(jìn)行腐蝕。一旦防護(hù)涂層遭到破壞，微生物將進(jìn)一步腐蝕基體金屬，從而造成結(jié)構(gòu)或功能材料的失效。另外，隨著空氣或水中微生物的長(zhǎng)期繁殖，大量的微生物、微生物分泌物及其腐蝕產(chǎn)物凝結(jié)成黏稠的團(tuán)狀或絮狀物，可能會(huì)造成空氣或水循環(huán)系統(tǒng)的堵塞，影響航天器生命保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2．2．3 微生物與殘余輻射協(xié)和效應(yīng)

空間站上生長(zhǎng)的微生物，不僅受空間站內(nèi)溫濕度等常規(guī)環(huán)境條件的影響，還受到空間站所處的大環(huán)境的影響。空間站上的放射性輻射強(qiáng)度約是地面上的100倍，仍不足以直接殺滅微生物，反而會(huì)在一定程度上促進(jìn)微生物的活性，其機(jī)理與低強(qiáng)度超聲波強(qiáng)化污水處理過(guò)程相似。

俄羅斯專家N．D．Novikova研究了俄羅斯1986-2000年載人航天中微生物的污染問(wèn)題，描述了微生物對(duì)空間站通信設(shè)備上銅線、鈦及橡膠的腐蝕現(xiàn)象［11］。研究人員通過(guò)一種特殊的采樣器，收集空間站上的微生物群落。在完成考察和返回地面前，航天員借助采樣器從各種儀器設(shè)備表面收集試樣，返回地面2h 后在培養(yǎng)基中培養(yǎng)樣品，再進(jìn)行研究。研究人員將空間站上的細(xì)菌放到地面合成材料上觀察時(shí)發(fā)現(xiàn)：1個(gè)月的時(shí)間里，這些微生物可以將聚酯纖維“咬斷”；3個(gè)月的時(shí)間里，可以將鋁鎂合金“吃掉”。觀察從空間站帶回的一小塊聚合纖維板后發(fā)現(xiàn)，微生物對(duì)它的破壞相當(dāng)嚴(yán)重，其中玖紅球菌的破壞性最強(qiáng)。

通過(guò)搭載試驗(yàn)，中國(guó)科研人員證明了微生物在空間輻射環(huán)境下繁殖能力增強(qiáng)的情況（幾乎是翻倍增長(zhǎng)），煙曲霉菌等真菌搭載后生長(zhǎng)速度加快，形態(tài)分化提前，對(duì)霉腐試驗(yàn)材料的侵蝕能力提高［12］。

2．2．4 空間輻射與微重力協(xié)和效應(yīng)

研究表明，空間環(huán)境中對(duì)生物遺傳變異影響較大的兩個(gè)因素是輻射和微重力。輻射可引起細(xì)胞損傷和基因突變；微重力不僅能在整體水平上，而且能在細(xì)胞水平上影響生命過(guò)程?？臻g環(huán)境中的輻射和微重力對(duì)生物的影響并不是孤立的，而是相互聯(lián)系、相互影響的。

輻射對(duì)植物的影響分為直接效應(yīng)和間接效應(yīng)兩個(gè)方面。首先，輻射會(huì)導(dǎo)致植物中水分子的激活并電離，從而產(chǎn)生一系列的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，形成高活性的自由基H2O2O 這些自由基會(huì)攻擊DNA造成DNA 改變；其次，輻射可以直接作用于生物體的DNA，造成DNA 堿基的變化、DNA 的斷裂等，從而引起輻射遺傳物質(zhì)的改變，產(chǎn)生可以遺傳的變異。電離輻射的生物效應(yīng)是由輻射對(duì)細(xì)胞直接作用后未能修復(fù)或錯(cuò)誤修復(fù)的DNA 損傷引起的。近年來(lái)，許多實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：電離輻射不但能在直接擊中（靶向）的細(xì)胞中產(chǎn)生輻射損傷，而且能夠通過(guò)輻射損傷信號(hào)的遠(yuǎn)程傳遞，對(duì)未受到輻射、但處于同一生理環(huán)境中的細(xì)胞產(chǎn)生同樣的輻射損傷，即輻射旁效應(yīng)。

3 啟示與建議

經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，目前世界各航天大國(guó)已經(jīng)初步具備開(kāi)展航天器空間多因素環(huán)境協(xié)和效應(yīng)地面模擬試驗(yàn)評(píng)價(jià)的能力，并開(kāi)展了一系列的地面模擬試驗(yàn)研究，但試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際在軌環(huán)境并不完全吻合。地面模擬試驗(yàn)研究的不足主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：空間多因素環(huán)境及效應(yīng)地面模擬能力不足、空間多因素環(huán)境協(xié)和效應(yīng)機(jī)理不清楚、空間多因素環(huán)境協(xié)和效應(yīng)試驗(yàn)方法不夠完善、尚不具備空間多因素環(huán)境協(xié)和效應(yīng)仿真能力。為此，可以從多因素環(huán)境協(xié)和效應(yīng)地面模擬試驗(yàn)裝置、協(xié)和效應(yīng)機(jī)理、試驗(yàn)方法、仿真預(yù)示技術(shù)以及綜合防護(hù)技術(shù)開(kāi)展相關(guān)工作。

1）搭建多功能綜合環(huán)境效應(yīng)地面模擬試驗(yàn)裝置

能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種空間環(huán)境及效應(yīng)的地面模擬試驗(yàn)裝置，是開(kāi)展空間多因素環(huán)境協(xié)和效應(yīng)地面模擬試驗(yàn)的前提。為此，要搭建不但能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)空間電子、質(zhì)子、紫外、空間碎片、原子氧、等離子體、真空、高低溫及污染環(huán)境的地面模擬試驗(yàn)裝置，而且要具備對(duì)各類空間環(huán)境因素及效應(yīng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力，具備對(duì)材料成分和微觀缺陷的原位分析能力，這也是目前航天大國(guó)空間環(huán)境模擬試驗(yàn)的發(fā)展趨勢(shì)［13］。

2）加強(qiáng)多因素環(huán)境協(xié)和效應(yīng)機(jī)理研究

針對(duì)不同的材料或器件，空間環(huán)境對(duì)航天器的協(xié)和效應(yīng)，或者空間環(huán)境對(duì)航天器的誘發(fā)效應(yīng)的機(jī)理是不同的，只有對(duì)這些效應(yīng)和機(jī)理進(jìn)行充分研究，才能正確判讀試驗(yàn)結(jié)果，指導(dǎo)試驗(yàn)方法，分析性能退化趨勢(shì)。

3）建立空間多因素環(huán)境協(xié)和效應(yīng)試驗(yàn)方法

在地面模擬試驗(yàn)過(guò)程中，往往很難同時(shí)實(shí)現(xiàn)所有環(huán)境因素的共同作用，同時(shí)，還要受到環(huán)境模擬試驗(yàn)?zāi)芰Φ南拗?，一般采用幾種環(huán)境同時(shí)作用或者順序作用的方法。因此，要建立空間多因素環(huán)境協(xié)和效應(yīng)試驗(yàn)方法及其等效性評(píng)價(jià)體系 以提高航天器空間多因素環(huán)境協(xié)和效應(yīng)研究的有效性。

4）加強(qiáng)航天器多因素環(huán)境協(xié)和效應(yīng)仿真及預(yù)示方法的研究

由于地面模擬試驗(yàn)很難實(shí)現(xiàn)航天器全生命周期的模擬試驗(yàn)，因此可在分析航天器性能退化機(jī)理和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建立航天器敏感材料和器件的性能退化預(yù)示模型，以對(duì)其在軌性能進(jìn)行仿真預(yù)示。

5）大力開(kāi)展航天器空間環(huán)境協(xié)和效應(yīng)的綜合防護(hù)方法研究

結(jié)合空間環(huán)境協(xié)和效應(yīng)的特點(diǎn)，在充分了解其作用機(jī)理的基礎(chǔ)上，針對(duì)航天器的外部環(huán)境，研究對(duì)原子氧、紫外輻射和帶電粒子輻射的綜合防護(hù)方法，同時(shí)，加強(qiáng)航天器內(nèi)部微生物、溫濕度和振動(dòng)等控制措施，以延長(zhǎng)材料和器件的使用壽命。

（References）

［1］黃本誠(chéng)．空間環(huán)境工程學(xué)［M］．北京：中國(guó)宇航出版社，1993

Huang Bencheng．Space environment engineering［M］．Beijing：China Astronautics Press，1993（in Chinese）

［2］黃本誠(chéng)，馬有禮．航天器空間環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)［M］．北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2002

Huang Bencheng，Ma Youli．Spacecraft environment test technology［M］．Beijing：National Defense Industry Press，2002（in Chinese）

［3］馮偉泉，丁義剛，閆德葵，等．空間電子、質(zhì)子和紫外綜合輻照模擬試驗(yàn)研究［J］．航天器環(huán)境工程，2005，22（2）：69-72

Feng Weiquan，Ding Yigang，Yan Dekui，et al．Study on space electron，proton and ultraviolet combined irradiation simulation test ［J］．Spacecraft Environment Engineering，2005，22（2）：69-72（in Chinese）

［4］童靖宇，劉向鵬，孫剛，等．原子氧／紫外綜合環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)與防護(hù)技術(shù)［J］．真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)，2006，26（4）：263-267

Tong Jingyu，Liu Xiangpeng，Sun Gang，et al．Simulation of combined environment of atomic oxygen and ultraviolet and development of protection technologies［J］．Chinese Journal of Vacuum Science and Technology，2006，26（4）：263-267（in Chinese）

［5］Verker R，Grossman1E，Gouzman I，et al．Poss-polyimide nanocomposites：simulated hypervelocity space debris and atomic oxygen effects［J］．High Performance Polymers，2008，20（4／5）：475-491

［6］Charles S，Thomas R K，Wilson W G，et al．Spacecraft contamination：active cleaning and control［C］／／Pro-ceedings of SPIE 3427，Optical Systems Contamination and Degradation．Bellingham，WA：SPIE，1998：56-64

［7］Schultz P H，Crawford D A．Electromagnetic properties of impact-generated plasma，vapor and debris［J］．International Journal of Impact Engineering，1999，23（1）：169-180

［8］杜愛(ài)華，龍晉明，裴和中．高強(qiáng)鋁合金應(yīng)力腐蝕研究進(jìn)展［J］．中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào)，2008，28（4）：251-256

Du Aihua，Long Jinming，Pei Hezhong．Investigation of stress corrosion cracking of 7XXX series aluminum alloys［J］．Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection，2008，28（4）：251-256（in Chinese）

［9］Macatangay A V，Bruce R J．Impacts of microbial growth on the air quality of the International Space Station，AIAA 2010-17239［R］．Washington D．C．：AIAA，2010

［10］Castro V A，Thrasher A N，Healy M，et al．Microbial diversity abroad spacecraft：evaluation of the International Space Station，NASA 2011-1427［R］．Washington D．C．：NASA，2011

［11］Novikova N D．Review of the knowledge of microbial contamination of the Russian manned spacecraft［J］．Microbial Ecology，2004，47（2）：127-132

［12］謝瓊，石宏志，李勇枝，等．飛船搭載微生物對(duì)航天器材的霉腐實(shí)驗(yàn)［J］．航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程，2005，18（5）：339-343

Xie Qiong，Shi Hongzhi，Li Yongzhi，et al．Biodestructive capability of several microorganisms on space structural materials in space［J］．Space Medicine ＆Medical Engineering，2005，18（5）：339-343 （in Chinese）

［13］Kleiman J，Horodetsky S，Issoupov V．Concept of a new multifunctional space simulator for accelerated ground-based testing in modern space exploration era［C］／／Proceedings of the 9th International Conference：Protection of Materials and Structures From Space Environment．New York：American Institute of Physics，2008：432-452