地面模拟超低轨道环境试验应包含哪些效应

超低轨道空间环境主要是中性大气环境，主要成份是分子氮(N2)和原子氧(O)。目前，关于原子氧地面模拟试验方面的研究较多，而分子氮及其它环境效应方面的研究较少。

1、原子氧效应

原子氧是200~700Km的轨道大气的主要成分，原子氧不仅具有很强的氧化性，而且当航天器以7~8km/s的速度在轨运行时，原子氧相对于航天器具有4~5eV的平均动能，因此当原子氧撞击到航天器外表面时，会造成表面材料的质量和厚度损失、表面形貌的变化，力学、热光学性能也会受到不同程度的影响。此外原子氧剥蚀产物还会对光学器件、热控涂层、太阳电池阵等部件表面带来污染，这些都会影响到航天器的正常运行并缩短其使用寿命。美国、俄罗斯、欧空局、加拿大、日本等国家建立了多个地面模拟试验设备，并对大量空间材料开展了原子氧效应试验研究，获取的丰富的原子氧效应数据，为国外航天器的研制做出了重要的贡献。

2、分子氮效应

为研究分子氮(N2)对超低轨卫星表面材料及组件性能的影响，必须借助地面模拟试验系统，日本及美国的研究者均利用激光解离原理建立了分子氮气体撞击地面模拟设备。同时由于分子氮和惰性气体与材料表面的作用均以物理溅射为主，因此，国外学者主要关注惰性气体对材料性能的影响。日本的M.Tagawa利用激光解离设备研究了Ar对材料性能的影响，研究对象为聚酰亚胺薄膜和氟化聚合物薄膜，材料的质量损失由石英晶体微量天平原位测量。研究结果表明，Ar中性束的撞击能低于超低轨道中N2的撞击能，因此有人认为N2的撞击会导致超低轨卫星表面氟化聚合物薄膜的严重侵蚀。

3、激波等离子体效应

当飞行器高速运行时，一般速度达到5~16Ma之间，与大气强烈作用，在头部形成弓形胶体激波，波后气体压强、温度急剧升高，使大气解离、电离，在飞行离子体会和大气中的N2、O共同作用，对飞行器表面材料产生影响。同时，等离子体的产生还会附带辉光效应，降低航天器上光学设备的观测能力。目前，超低轨激波等离子体及其附带环境影响较为复杂，国内外在这方面研究较少，亟需开展系统深入研究。