空間飛行試驗

空間飛行試驗主要用於獲得空間環境參數以及原子氧對材料侵蝕的基本信息，包括原子氧的通量和能量、空間物質組分、紫外輻射量等環境因素，材料的質量或者厚度損失率以及材料的其他性能的變化，為地面模擬試驗提供對比依據。

基本介紹

• 中文名：空間飛行試驗
• 外文名：Space flight test
• 所屬領域：航空航天
• 作用：獲得空間環境參數
• 分類：生物火箭、生物衛星試驗等
• 試驗舉例：STS-8

試驗技術及裝置

由於地面很難完全真實地模擬軌道上的原子氧環境，因此，開展原子氧效應飛行試驗具有重要意義，這是環境效應研究工作中的一部分。這些數據和結論將為地面開展原子氧環境效應研究提供基準和依據。美國開展飛行試驗結果表明：短期飛行試驗數據不能替代長期飛行試驗數據，也不能簡單外延它的結果。近年來美國、英國均利用小衛星進行原子氧的環境效應飛行試驗研究，得出衛星表面聚合物、環氧碳纖維、溫控塗層、太陽電池和幾種金屬材料及小組件的影響。試驗包括：測量這些樣品的環境效應；環境的特性參數；按周期將獲得的數據和圖像傳輸到地球上。其有關飛行測試設備如下。

1)原子氧束流通量測量裝置

(1)射頻質譜儀。可以連續監測原子氧和其他殘餘大氣成分的變化。

(2)鋨原子氧探頭。主要由澱積在基底板上的鋨膜形成。鋨在原子氧的作用下，不斷被剝蝕使鋨膜的電阻率增加，通過測量電阻率的變化，知道原子氧的束流通量。

2)原子氧效應的測量

原子氧效應測量一般有2種：

①通過測量樣品表面的剝蝕率；

②通過測量樣品表面的光學參數的變化。

分類

生物火箭試驗

美、前蘇聯在第二次世界大戰結束後不久，就開始了高空氣球和高空火箭的生物探測。美國試驗初期(1948～1952年)主要觀察一蝗最基本的空間因素作用。共發射了8枚生物火箭，飛行動物為7隻麻醉猴和14隻未麻醉小鼠。記錄了飛行中猴的心率、呼吸率、動脈和中心靜脈壓，並拍攝了小鼠的行為。結果取得了飛行中動物生理參數的資料，說明動物能在這種飛行環境下生存。

其後進入亞軌道火箭飛行，研究小鼠對較長時間失重的生理反應。通過一導心電的遙測記錄說明小鼠經受住了發射再人和45 min失重的影響。後又用猴和小鼠進行3次飛彈發射試驗，目的是驗證未麻醉動物的意識和生存的基本要求，測定其對失重的生理反應。

蘇聯的生物火箭試驗也反覆進行。1949-1952年，進行了密閉座艙生物火箭的探測。目的是研究火箭飛行時維持動物在密閉艙中生活的生保系統；動物和儀器安全回收的可能性；高空飛行時動物的生理功能和行為狀態。共發射了6枚火箭，每枚載兩隻小狗，飛行高度為110 km。研究結果證明採用再生氣體的密閉艙可保證兩隻狗飛行3 h；飛行因素(超重、部分失重、宇宙輻射等)實際上沒有引起動物行為和生理功能狀態的變化。

生物衛星試驗

1958年第一顆衛星上天后，生物衛星試驗就陸續展開。與生物火箭相比，生物衛星飛行時問長，具有良好的微重力環境(10^-4 ～10^-5)，可獲得更好的試驗資料。

蘇聯的生物衛星試驗開始得要比美國略早一些，尤其是宇宙號生物衛星的發射從1962年起一直持續進行。1973年後進入第二階段，從1973—1988年發射了8次試驗衛星，並將延續至2000年。

另外，歐洲空間局(ESA)也於1987年9、10月間和1989年中，分別發射“生物宇宙(Biocosmos)”8號、9號和10號，裝載有生物架容器，研究發育生物學，輻射生物學和劑量測定等共12項。還於1990年和1992發射IML-1和IML-2，研究細胞和發育生物學。

飛船搭載試驗

載人飛船實現過程中，利用無人飛船和有人飛船進行大量搭載試驗。當有人在飛船上時，航天員可乾予實驗過程，進一步提高了實驗質量。美國在水星5號，”雙子星座”3、6、8、11、12號，阿波羅14、16、17號，及歷次太空梭飛行中，都進行了生物搭載試驗，飛行時間從0.1天至12天不等，試驗對象為多種生物，包括黑猩猩，主要觀察失重等空間因素的影響。蘇聯先在衛星式飛船1、2、3、4、5號上，進行狗的試驗，後在”聯盟”號和”禮炮”號的歷次飛行中，進行了多種生物的試驗和觀察。

美蘇還在“聯盟-阿波羅”聯合飛行中分別進行過生物試驗。

試驗舉例

STS-8、EOIM-1試驗

1983年8月的STS-8試驗，目的是測量低地軌道環境中原子氧與材料表面的反應。主要包括：

(1)獲得大量定量的材料反應率的數據。

(2)試驗反應率與溫度的關係。在120℃範圍內溫度對試驗材料的反應率無太大的影響。

(3)確定是否有由材料反應導致的質量轉移。

(4)評估太陽輻射對反應率的影響。

(5)確定大氣層中帶電物質對反應率的影響程度。此次飛行中太陽輻射對材料反應率無影響。

STS-41G、EOIM-2試驗

此次試驗主要研究低地軌道環境中原子氧對金屬氧化物、矽酮塗層、Teflon FEP和基於聚合物的太空飛行器材料的影響，原子氧通量為2.45×10²⁰ atoms/cm²。

EOIM-3試驗

該試驗是STS-46飛行任務中的一個部分，1992年7月31日由“亞特蘭蒂斯”號太空梭送上太空，1992年8月8日返回。此次飛行試驗研究原子氧對飛行器電能系統材料的影響，試驗材料包括耐熔金屬、超耐熱合金、散熱塗層和一些聚合物。材料遭受的原子氧通量 為2.3×10²⁰ atoms/cm²。