小諍帶你領略參觀中國"天和"空間站太陽翼之原子氧防護塗層

原子氧（Atomic Oxygen）是由太陽紫外光（波長<243 nm）離解低地球軌道環境中的殘餘氧分子而形成的。低軌道原子氧的密度在109～105cm-3左右，航天器高速飛行（7。8 km/s）增大了原子氧對航天器表面材料的撞擊能量（～5 eV）和通量。軌道越低，航天器表面經受的原子氧通量越大。原子氧是極強的氧化劑，可對航天器表面的有機材料和部分金屬材料產生嚴重的氧化剝蝕作用，導致材料厚度減薄、表面形貌變化、熱學/電學效能改變，甚至完全失效。

如：厚度 25 m 的聚醯亞胺（PI）材料暴露在400 km軌道約10個月後，將會被原子氧完全剝蝕。因此，原子氧是低軌道長壽命航天器在軌高可靠執行的最大威脅。NASA《低軌道材料選擇指南》等相關報告指出，防護塗層（SiOx-PTFE、矽氧烷等）經 2。5×1022atoms/cm2原子氧作用後的質量損失率（基底+防護塗層）小於 7。24×10-4g/cm2，就能滿足空間站 15 年的原子氧防護需求，並以此推算出在軌 15 年後的壽命末期，表面沉積了防護塗層的PI剩餘質量仍然有79%。

SiOx-PTFE塗層已經在國際空間站（ISS）上執行超過15年，為空間站太陽翼提供了良好的原子氧防護。我國“天和”空間站執行在 300～400 km 低地球軌道，設計壽命 15 年，空間站上新型大面積柔性太陽翼使用了大量的 PI。在軌期間，空間站迎風面經受的原子氧累積通量將達到7。83×1022atoms/cm2，原子氧剝蝕效應將嚴重影響空間站表面材料的效能和壽命，必須對其表面進行原子氧防護。

蘭州空間技術物理研究所採用等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）技術為空間站柔性太陽翼板間電纜研製了一種矽氧烷防護塗層，如下圖 所示。該塗層厚度約為 400 nm，表面結構以-［-Si-O-Si-］-為主，而內層結構中含有一定的甲基（-CH3）基團。因此，矽氧烷塗層既具有良好的原子氧防護效能，又具有較好的柔韌性。該塗層在地面模擬試驗中經 2。5×1022atoms/cm2原子氧作用後的質量損失率僅為 3。3×10-4g/cm2，約為 ISS 太陽電池陣表面 SiOx-PTFE 複合防護塗層在相同條件下質量損失率（7。24×10-4g/cm2）的50%。矽氧烷塗層為我國空間站太陽翼板間電纜披上了一層防護“鎧甲”。

我國空間站新型大面積太陽翼及沉積了保