[科普中国]-空间飞行试验

试验技术及装置

由于地面很难完全真实地模拟轨道上的原子氧环境，因此，开展原子氧效应飞行试验具有重要意义，这是环境效应研究工作中的一部分。这些数据和结论将为地面开展原子氧环境效应研究提供基准和依据。美国开展飞行试验结果表明：短期飞行试验数据不能替代长期飞行试验数据，也不能简单外延它的结果。近年来美国、英国均利用小卫星进行原子氧的环境效应飞行试验研究，得出卫星表面聚合物、环氧碳纤维、温控涂层、太阳电池和几种金属材料及小组件的影响。试验包括：测量这些样品的环境效应；环境的特性参数；按周期将获得的数据和图像传输到地球上。其有关飞行测试设备如下。

1)原子氧束流通量测量装置

(1)射频质谱仪。可以连续监测原子氧和其他残余大气成分的变化。

(2)锇原子氧探头。主要由淀积在基底板上的锇膜形成。锇在原子氧的作用下，不断被剥蚀使锇膜的电阻率增加，通过测量电阻率的变化，知道原子氧的束流通量。

2)原子氧效应的测量

原子氧效应测量一般有2种：

①通过测量样品表面的剥蚀率；

②通过测量样品表面的光学参数的变化。2

分类生物火箭试验美、前苏联在第二次世界大战结束后不久，就开始了高空气球和高空火箭的生物探测。美国试验初期(1948～1952年)主要观察一蝗最基本的空间因素作用。共发射了8枚生物火箭，飞行动物为7只麻醉猴和14只未麻醉小鼠。记录了飞行中猴的心率、呼吸率、动脉和中心静脉压，并拍摄了小鼠的行为。结果取得了飞行中动物生理参数的资料，说明动物能在这种飞行环境下生存。

其后进入亚轨道火箭飞行，研究小鼠对较长时间失重的生理反应。通过一导心电的遥测记录说明小鼠经受住了发射再人和45 min失重的影响。后又用猴和小鼠进行3次导弹发射试验，目的是验证未麻醉动物的意识和生存的基本要求，测定其对失重的生理反应。

苏联的生物火箭试验也反复进行。1949-1952年，进行了密闭座舱生物火箭的探测。目的是研究火箭飞行时维持动物在密闭舱中生活的生保系统；动物和仪器安全回收的可能性；高空飞行时动物的生理功能和行为状态。共发射了6枚火箭，每枚载两只小狗，飞行高度为110 km。研究结果证明采用再生气体的密闭舱可保证两只狗飞行3 h；飞行因素(超重、部分失重、宇宙辐射等)实际上没有引起动物行为和生理功能状态的变化。3

生物卫星试验1958年第一颗卫星上天后，生物卫星试验就陆续展开。与生物火箭相比，生物卫星飞行时问长，具有良好的微重力环境(10-4 ～10-5)，可获得更好的试验资料。

苏联的生物卫星试验开始得要比美国略早一些，尤其是宇宙号生物卫星的发射从1962年起一直持续进行。1973年后进入第二阶段，从1973—1988年发射了8次试验卫星，并将延续至2000年。

另外，欧洲空间局(ESA)也于1987年9、10月间和1989年中，分别发射“生物宇宙(Biocosmos)”8号、9号和10号，装载有生物架容器，研究发育生物学，辐射生物学和剂量测定等共12项。还于1990年和1992发射IML-1和IML-2，研究细胞和发育生物学。3

飞船搭载试验载人飞船实现过程中，利用无人飞船和有人飞船进行大量搭载试验。当有人在飞船上时，航天员可干予实验过程，进一步提高了实验质量。美国在水星5号，”双子星座”3、6、8、11、12号，阿波罗14、16、17号，及历次航天飞机飞行中，都进行了生物搭载试验，飞行时间从0.1天至12天不等，试验对象为多种生物，包括黑猩猩，主要观察失重等空间因素的影响。苏联先在卫星式飞船1、2、3、4、5号上，进行狗的试验，后在”联盟”号和”礼炮”号的历次飞行中，进行了多种生物的试验和观察。

美苏还在“联盟-阿波罗”联合飞行中分别进行过生物试验。3

试验举例STS-8、EOIM-1试验1983年8月的STS-8试验，目的是测量低地轨道环境中原子氧与材料表面的反应。主要包括：

(1)获得大量定量的材料反应率的数据。

(2)试验反应率与温度的关系。在120℃范围内温度对试验材料的反应率无太大的影响。

(3)确定是否有由材料反应导致的质量转移。

(4)评估太阳辐射对反应率的影响。

(5)确定大气层中带电物质对反应率的影响程度。此次飞行中太阳辐射对材料反应率无影响。

STS-41G、EOIM-2试验此次试验主要研究低地轨道环境中原子氧对金属氧化物、硅酮涂层、Teflon FEP和基于聚合物的航天器材料的影响，原子氧通量为2.45×1020 atoms/cm2。

EOIM-3试验该试验是STS-46飞行任务中的一个部分，1992年7月31日由“亚特兰蒂斯”号航天飞机送上太空，1992年8月8日返回。此次飞行试验研究原子氧对飞行器电能系统材料的影响，试验材料包括耐熔金属、超耐热合金、散热涂层和一些聚合物。材料遭受的原子氧通量 为2.3×1020 atoms/cm2。1