軌道分子屏是利用人造太空飛行器的動能拖動一個分子屏，是一種能夠達到極高真空條件的材料試驗平台。由於繞地球運行的太空飛行器的運動速度遠大於氣體分子的熱運動速度，當太空飛行器繞地球運行時，在其拖帶的分子屏的後面形成一個低壓力區。如果設計合理，該區域的壓力可達極高真空。分子屏的概念是由Kostoff提出。
基本介紹
- 中文名：軌道分子屏
- 外文名：Orbiting molecular screen
- 一級學科：航空航天
- 二級學科：航天原理
- 類型：飛行術語
- 特點：能夠達到極高真空條件
簡介,可變翼軌道分子屏,凹半球形軌道分子屏,
簡介
軌道分子屏技術是近年來開發利用空間極高真空資源的重要技術。利用分子屏技術可以在低地球軌道高真空環境中，獲得一個局部的極高真空區域。這種技術的發展將開拓一個在低地球軌道進行超純材料加工的新領域。
軌道分子屏是利用人造太空飛行器的動能拖動一個分子屏。由於繞地球運行的太空飛行器的運動速度遠大於氣體分子的熱運動速度，當太空飛行器繞地球運行時，在其拖帶的分子屏的後面形成一個低壓力區。如果設計合理，該區域的壓力可達極高真空。分子屏的概念是由Kostoff提出。1976年Melfi、Hueser等對影響分子屏後壓力的因素作了理論分析。1977年美國國家宇航局（NASA）資助了一批學者，對軌道分子屏進行了深入系統地研究，這些研究結果發表在美國真空學報上。1987年Nauman提出了分子屏套用的問題，並提出套用中減小分子屏出氣的方案。1991年美國國家宇航局開始了利用軌道分子屏加工超純材料的實驗研究。用分子束外延法在空間生長超純的半導體薄膜，超導體薄膜等。1994年美國“發現者”太空梭把一個碟形軌道分子屏送入太空生產高純砷化稼。到2002年已經成功地進行了5次實驗。
可變翼軌道分子屏
在極高真空環境的地面裝置中，當試件出氣量大的時候，由於真空泵的抽速的限制，很難維持一個良好的真空環境。而軌道分子屏具有很大的抽速，對出氣量大的加工工藝（比如分子束外延（MBE））軌道分子屏技術是獲得極高真空的一個很好的選擇。
軌道分子屏的形狀有半球型、平板型和傘型。在分子屏飛行過程以及加工材料過程中，軌道分子屏本身以及加工材料的出氣速率隨著時間及加工進程而變化，固定形狀的軌道分子屏並不能使分子屏內的真空度始終處於最佳真空狀態。為了解決這個問題，達道安等提出了可變翼軌道分子屏的概念：在平板型軌道分子屏上加一個可變翼，可變翼與圓盤之間的翼傾角可以調節。在軌道分子屏的飛行過程中，可以根據分子屏本身出氣率，加工材料的出氣率的變化，隨時調節翼傾角的角度，使分子屏內(或者加工材料所處空間)保持最佳的真空度。
如果沒有氣體載荷，軌道分子屏內的分子數密度主要有三個來源:周圍大氣分子入射到分子屏內的分子數密度，周圍大氣分子入射到分子屏附近後散射的分子數密度，以及分子屏本身的出氣分子數密度。
凹半球形軌道分子屏
凹半球形軌道分子屏是一種典型形狀的分子屏，它利用在軌飛行時自身的飛行速度遠大於軌道環境大氣分子的平均熱運動速度這一特徵，使空間環境對分子屏產生理想抽速，從而在尾部形成極高真空區。主要用途是利用在空間產生的極高真空、高潔淨以及微重力環境製取地面上無法獲得的高純度半導體薄膜、超導薄膜等材料。從理論上對軌道分子屏分子流場進行計算，其結果可以為軌道分子屏的結構最佳化和飛行試驗設計提供依據。
