一种深空探测器的器表标识
阅读：991发布：2020-06-10
专利汇可以提供一种深空探测器的器表标识专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种深空探测器的器表标识，其主要由厚度为125μm的聚酰亚胺 薄膜 和表面合成涂料组成，所述表面合成涂料通过丝网印刷工艺印制于聚酰亚胺薄膜上；以所述表面合成涂料的重量为100％计，表面合成涂料中各化学成分及其重量百分数为：有机 硅 树脂 为55％-65％，改性树脂为24％-36％，有机颜料为3％-5％，助剂为4％-8％。本发明在选择基底材料和表面合成涂料时，充分考虑了空间 辐射 、 真空 、月尘、高低温差大和 力 学等环境约束问题，因此选择的合成涂料抗辐照能力高、耐高低温性能强，抗力学强度大。，下面是一种深空探测器的器表标识专利的具体信息内容。
1.一种深空探测器的器表标识，其特征在于，其主要由厚度为125μm的聚酰亚胺薄膜和表面合成涂料组成，所述表面合成涂料通过丝网印刷工艺印制于聚酰亚胺薄膜上；以所述表面合成涂料的重量为100％计，表面合成涂料中各化学成分及其重量百分数为：有机硅树脂为55％-65％，改性树脂为24％-36％，有机颜料为3％-5％，助剂为4％-8％；
所述改性树脂包括硅氮树脂、有机硅改性聚酯烤漆、有机硅氨基烘漆和氟硅树脂。
2.根据权利要求1所述深空探测器的器表标识，其特征在于，所述助剂由附着力促进剂和固化促进剂组成，其中附着力促进剂为甲基丙烯酰氧基官能团硅烷或氨丙基三乙氧基硅烷，固化促进剂为异氰酸酯加成物、二聚体、三聚体或缩二脲。
3.根据权利要求2所述深空探测器的器表标识，其特征在于，有机硅树脂占整体合成涂料用量的60％(重量)，硅氮树脂占整体合成涂料用量的16％(重量)，有机硅改性聚酯烤漆占整体合成涂料用量的8％(重量)，有机硅氨基烘漆占整体合成涂料用量的3％(重量)，氟硅树脂占整体合成涂料用量的3％(重量)；有机颜料占整体合成涂料用量的4％(重量)；附着力促进剂占整体合成涂料用量的3％(重量)；固化促进剂占整体合成涂料用量的3％(重量)。
4.根据权利要求1或3所述深空探测器的器表标识，其特征在于，所述标识的图案有效区域为480mm×320mm，所述标识的图案有效区域的四个方向的边缘均留有25mm宽度边沿。
5.根据权利要求1-3之一所述深空探测器的器表标识，其特征在于，所述标识采用高温固化除气处理后，采用销钉固定在探测器光照面舱板左上角和热控多层隔热组件的表面上。
6.根据权利要求1-3之一所述深空探测器的器表标识，其特征在于，所述标识为旗帜。
一种深空探测器的器表标识
技术领域
背景技术
[0002] 标识是每个航天器的重要标志，在航天器上携带标识，具有一定的政治意义和工程展示度。根据探月工程任务需求，我国月球探测器在器表需携带各种标识，例如某种旗帜，并在任务过程中，相机对所携带的标识成像，以提高工程的展示度。
[0003] 目前国内外航天器上携带的标识主要是各国的旗帜，其具体情况如下：
[0004] 1969年7月20日，美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗从“阿波罗11号”飞船登月舱走出，在月球表面留下人类登月的第一个脚印，实现了人类登月梦想。美国“阿波罗11号”登月任务中将一面美国的旗帜插在了月球表面，并在后续的6次载人登月任务中，共有6面美国的旗帜被插在了月球上。美国宇航员插在月面的旗帜与地面所用旗帜的材料相同，即使用了尼龙织物的旗帜，并没有考虑在月球上的高强度紫外辐照环境的影响，在月球保存的时间不长。
[0005] 2008年9月27日下午16点40分，我国航天员翟志刚顺利打开神舟七号飞船轨道舱舱门，在幽蓝色地球的背景下，翟志刚在太空中挥动着一面我国的旗帜向全国人民致意，中国人太空出舱的梦想就此实现。翟志刚所持的我国的旗帜是在织物表面采用十字绣工艺手工制作的。
[0006] 无论是美国的载人登月，还是我国的神七出舱活动中所展示的标识都是各国的旗帜，均是在有航天员参与下完成的。从标识设计角度，两者都没有考虑标识长时间处于强辐照、高真空、温度等环境的工况条件，没有考虑标识在强辐照环境的褪色，在月球表面的大幅度温度变化，真空环境的出气是否会带来污染，对其它系统的影响等等。
[0007] 而我国月球探测器要求在轨工作时间为1年，在此期间标识要经受高低温、强辐照、真空等诸多考验，对如此苛刻的环境条件下的标识研制，国内外均未见到相关报道。
[0008] 国内外航天器制作标识，目前主要是旗帜，其常规材料为棉、毛、麻织物、化学纤维织物、丝绸以及纸张、塑料等、此外还有金属材料和F46薄膜材料。常规材料不具备满足要求的耐空间环境性能；金属材料质量较大；F46薄膜虽然具备良好的耐空间环境性能和较轻的质量，但F46化学稳定性非常高，不易与其它材料形成较强的化学键，在F46表面很难制备高附着力的涂层，仍然不能满足制作月球探测器器表标识的要求。
[0009] 此外，由于月球探测器属于深空探测器，相对于地球应用卫星，其速度增量需求较大，重量的增加将急剧增加推进剂的需求，因此，月球探测器对其标识的重量要求极为苛刻。
[0010] 为了克服空间辐射、真空、月尘、高低温差大和力学等环境约束，以及深空探测器对标识装置的重量、功耗等资源限制，针对提高我国月球探测的工程展示度，配合相机成像的能力，提出了一种深空探测器的器表标识。
发明内容
[0011] 本发明的目的是为了克服空间辐射、真空、月尘、高低温差大和力学等环境约束，以及深空探测器对标识装置的重量、功耗等资源限制，针对提高我国月球探测的工程展示度，配合相机成像的能力，提出了一种深空探测器的器表标识。
[0012] 本发明的技术解决方案是：
[0013] 一种深空探测器的器表标识，其主要由厚度为125μm的聚酰亚胺薄膜和表面合成涂料组成，所述表面合成涂料通过丝网印刷工艺印制于聚酰亚胺薄膜上；以所述表面合成涂料的重量为100％计，表面合成涂料中各化学成分及其重量百分数为：有机硅树脂为55％-65％，改性树脂为24％-36％，有机颜料为3％-5％，助剂为4％-8％。
[0014] 进一步地，本发明所述改性树脂包括硅氮树脂、有机硅改性聚酯烤漆、有机硅氨基烘漆和氟硅树脂。
[0015] 进一步地，本发明所述有机颜料为有机颜料红2030和有机颜料黄4GLP。
[0017] 进一步地，本发明所述标识的图案有效区域为480mm×320mm，标识的图案有效区域的四个方向的边缘均留有25mm宽度边沿。
[0018] 进一步地，本发明有机硅树脂占整体合成涂料用量的选为60％(重量)，硅氮树脂占整体合成涂料用量的16％(重量)，有机硅改性聚酯烤漆占整体合成涂料用量的8％(重量)，有机硅氨基烘漆占整体合成涂料用量的3％(重量)，氟硅树脂占整体合成涂料用量的3％(重量)；有机颜料占整体合成涂料用量的4％(重量)；附着力促进剂占整体合成涂料用量的3％(重量)；固化促进剂占整体合成涂料用量的3％(重量)。
[0019] 进一步地，本发明所述标识采用高温固化除气处理后，采用销钉固定在探测器光照面舱板左上角和热控多层隔热组件的表面上。
[0020] 有益效果：
[0021] (1)本发明采用聚酰亚胺薄膜作为制作标识的基底材料，由于聚酰亚胺薄膜具有抗辐照能力强、耐高低温性能高、成膜质量好等优点，因此能保证器表标识的空间环境稳定性。
[0022] (2)本发明将聚酰亚胺薄膜的厚度选为125μm，经过试验验证，其不仅抗力学强度大，不易产生褶皱等外观缺陷，而且具有更好的印刷适应性；因此在保证标识表面平展、图案清晰的前提下，轻重量、无功耗，降低了月球探测任务的资源利用。
[0023] (3)本发明在选择表面合成涂料时，充分考虑了空间辐射、真空、月尘、高低温差大和力学等环境约束问题，因此选择的合成涂料抗辐照能力高、耐高低温性能强，抗力学强度大，不会因空间环境的影响，而出现挥发、褪色、变形、褶皱、脱落、气泡等现象，不会对探测器产生污染，不会对探测器表面热控多层隔热组件的性能和器表电位产生影响。
[0025] 图1为探测器器表标识示意图。
[0026] 图2为距离标识18m时探测器和标识在相机所拍摄图像的比例示意图。
具体实施方式
[0027] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明：
[0028] 如图1所示，本发明一种深空探测器的器表标识，该器表标识为一片单面薄膜结构的标识，安装在探测器光照面舱板左上角的导电型聚酰亚胺薄膜镀铝二次表面镜热控涂层表面上，标识的图案有效区域尺寸为480mm×320mm，标识的图案有效区域的四个方向的边缘均留有25mm宽度便于安装。标识由厚度为125μm的聚酰亚胺薄膜和表面合成涂料组成，通过丝网印刷工艺将表面合成涂料印制于聚酰亚胺薄膜的一面，采用高温固化对标识进行除气处理，采用销钉固定在探测器器表热控多层隔热组件和舱板的表面上。
[0029] (1)标识的材料、工艺和安装方式
[0030] a)标识的基材
[0031] 选用经过空间飞行验证的聚酰亚胺薄膜作为制作标识的基底材料，能保证基材的空间环境稳定性。同时基底的厚度采用125μm，经过试验验证，不仅抗力学强度大，不易产生褶皱等外观缺陷，而且具有更好的印刷适应性。此外，标识安装部位包覆的热控多层隔热组件的基材也是聚酰亚胺薄膜，标识采用与热控多层隔热组件相同的基材，可最大限度的降低标识对热控多层隔热组件的影响。
[0032] b)标识的合成涂料
[0033] 选用有抗辐照能力强、耐高低温性能高、成膜质量好并能通过高温固化除气的基料、颜料及助剂制备印刷标识的合成涂料，保证标识的抗辐照能力、耐高低温性能以及展示性。
[0034] 基料：筛选出有机硅树脂、硅氮树脂、有机硅改性聚酯烤漆、有机硅氨基烘漆、氟硅树脂这几种适合空间应用的基料，其中硅氮树脂，有机硅改性聚酯烤漆，有机硅氨基烘漆，氟硅树脂均为改性树脂，通过工艺试验制备出基料。
[0035] 颜料：由于标识图案的耐温及耐辐照要求，选择稳定性好、高耐光及耐温的颜料，保证标识色彩稳定性。通过与标准颜色样品的颜色比对分析，确定颜料的配比。通过与标准颜色样品的颜色比对分析，以及工艺试验，选用有机颜料红2030和有机颜料黄4GLP，制备出颜料。
[0036] 合成涂料配制：在选定基料和颜料的基础上，添加改善附着性能和固化的助剂，分别配制出红色和黄色合成涂料。助剂包括附着力促进剂和固化促进剂，其中，添加附着力促进剂，比如：甲基丙烯酰氧基官能团硅烷或氨丙基三乙氧基硅烷，以使涂料聚酰亚胺薄膜具有较高的结合强度，提高抗紫外辐照能力和耐高低温性能；添加固化促进剂，比如：异氰酸酯加成物或二聚体、三聚体、缩二脲，以提高涂料成膜质量。
[0037] 在标识合成涂料中，主要成分的配比情况如下：有机硅树脂占整体合成涂料用量的55％-65％(重量)，优选为60％(重量)；改性树脂占整体合成涂料用量的24％-36％(重量)，其中硅氮树脂占整体合成涂料用量的14％-18％(重量)，优选为16％(重量)，有机硅改性聚酯烤漆占整体合成涂料的6％-10％(重量)，优选为8％(重量)，有机硅氨基烘漆占整体合成涂料用量的2％-4％(重量)，优选为3％(重量)，氟硅树脂占整体合成涂料用量的2％-4％(重量)，优选为3％(重量)；有机颜料占整体合成涂料用量的3％-5％(重量)，优选为4％(重量)；附着力促进剂占整体合成涂料用量的2％-4％(重量)，优选为3％(重量)；固化促进剂占整体合成涂料用量的2％-4％(重量)，优选为3％(重量)。
[0038] 实施例1：
[0039] 在标识合成涂料中，主要成分的配比情况如下：有机硅树脂占整体合成涂料用量的55％(重量)；改性树脂占整体合成涂料用量的36％(重量)；有机颜料占整体合成涂料用量的5％(重量)；助剂为4％(重量)。
[0040] 实施例2：
[0041] 在标识合成涂料中，主要成分的配比情况如下：有机硅树脂占整体合成涂料用量的65％(重量)；改性树脂占整体合成涂料用量的24％(重量)；有机颜料占整体合成涂料用量的5％(重量)；助剂为6％(重量)。
[0042] 实施例3：
[0043] 在标识合成涂料中，主要成分的配比情况如下：有机硅树脂占整体合成涂料用量的65％(重量)；改性树脂占整体合成涂料用量的24％(重量)；有机颜料占整体合成涂料用量的3％(重量)；助剂为8％(重量)。
[0044] 实施例4：
[0045] 在标识合成涂料中，主要成分的配比情况如下：有机硅树脂占整体合成涂料用量的60％(重量)；改性树脂占整体合成涂料用量的30％(重量)；有机颜料占整体合成涂料用量的3％(重量)；助剂为7％(重量)。
[0046] 实施例5：
[0047] 在标识合成涂料中，主要成分的配比情况如下：有机硅树脂占整体合成涂料用量的58％(重量)；改性树脂占整体合成涂料用量的30％(重量)；有机颜料占整体合成涂料用量的4％(重量)；助剂为8％(重量)。
[0048] c)标识图案的丝网印刷工艺
[0049] 为了保证合成涂料在聚酰亚胺薄膜上的印刷效果，选用丝网印刷工艺印制标识图案。丝网印刷工艺表现出良好的印刷适应性，在聚酰亚胺薄膜上印制的标识图案颜色、涂层均匀，大面积涂装中表面均匀无瑕疵，公差的控制满足国标的要求。
[0050] d)标识的除气处理
[0051] 为减少标识在真空条件下的出气，尽量避免对探测器产生污染，采用高温固化方法对标识进行除气处理。合成涂料极佳的耐高低温性能，可实现精确地高温固化，在烘烤过程中小分子材料和在主链上结合不牢的分子可逸出漆膜表面，具有真空出气时质量损失少，出气较为彻底，残余低分子化合物少的特点。
[0052] e)标识的安装方式
[0053] 标识采用销钉固定在探测器器表热控多层隔热组件和舱板的表面上，销钉距离标识有效区域边缘距离10mm，安装后的标识应平展，没有褶皱。
[0054] (2)标识的配置结构
[0055] 由于月球探测器属于深空探测器，相对于地球应用卫星，其速度增量需求较大，重量的增加将急剧增加推进剂的需求，因此，月球探测器对携带的标识装置的重量要求极为苛刻。标识在重量和功耗受限的条件下，不能有支撑杆、展开机构、固定架等辅助装置，只能选取单面的薄膜结构标识附于探测器器表。
[0056] (3)标识的安装位置和尺寸
[0057] 考虑到标识的光照条件，标识应安装在探测器光照面舱板左上角。
[0058] 为了说明方便，以旗帜作为标识的一种举例如下。为了完整准确地展示旗帜，旗帜的安装位置需保证平坦，并且不能被其他设备或器件遮挡和覆盖。探测器光照面舱板左上角的尺寸为1420mm×706.8mm，其中能让旗帜安装的区域最大尺寸为900mm×380mm，依据旗帜标准对旗帜规定的布局和比例要求，同时考虑留有一定的安装空间，旗帜的图案有效区域为480mm×320mm，旗帜的图案有效区域的四个方向的边缘均留有25mm宽度便于安装。此外，旗帜还需配合相机成像的能力，以便提高工程展示度。
[0059] 拍摄探测器器表旗帜所用相机的视场角：19.7°×14.5°；有效像元数量：2352pixel×1728pixel。探测器尺寸为5.68m×2.58m(太阳翼展开状态)。探测器器表旗帜尺寸为480mm(W)×320mm(H)，则旗帜图案中小圆直径为32mm，大圆直径为96mm。根据以上参数，可以计算得到表1。
[0060] 表1不同距离下相机拍摄旗帜的成像效果
[0061]
[0062] a)当距离旗帜3m～10m时，相机拍摄的单幅图像不能完整覆盖探测器，可以进行多幅图像拼接实现。当距离旗帜10m时，考虑图像拼接需视场重叠率为20％，计算需要经过6幅图像拼接才能拍摄出完整的探测器。旗帜在图像中占324pixel×216pixel，小圆直径在图像中占21pixel，轮廓清晰。
[0063] b)当距离旗帜18m时，全景相机视场大小6.26m×4.61m，像元分辨率为2.66mm，此时：单幅图像就能够拍摄探测器整体，探测器在图像中占2135pixel×970pixel，轮廓清晰。能看到气瓶等主要部件，能够清晰的分辨其细节状态；旗帜在图像中占180pixel×120pixel，小圆直径在图像中占12pixel，轮廓清晰。探测器和旗帜在全景相机所拍摄图像的比例示意图如图2所示。
[0064] c)当距离旗帜50m时，全景相机视场大小17.4m×12.8m，像元分辨率为7.4mm，此时：单幅图像能够拍摄探测器整体，探测器在图像中占768pixel×349pixel，轮廓清晰。能看到气瓶等主要部件；旗帜在图像中占64pixel×43pixel，轮廓可见。小圆直径在图像中占4pixel，轮廓可见。
[0065] d)当距离旗帜100m时，探测器在图像中占384pixel×175pixel，像元分辨率为14.8mm，轮廓清晰，旗帜在图像中占32pixel×21pixel，轮廓可见。
[0066] 经分析，旗帜的尺寸与相机的成像能力匹配，可满足工程展示度需求。
[0067] 本发明所述的旗帜仅为标识的一种具体实施方式，所述标识可以为各种旗帜，例如各国的旗帜，也可以为各种社会团体的旗帜，如各党团工会的旗帜等；也可以为任何其它有纪念意义的图案，图标，符号等，不限于此。
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