焦子龍，姜利祥，孫繼鵬，黃建國(guó)，朱云飛

（北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所 可靠性與環(huán)境工程技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100094）

0 引言

空間光學(xué)系統(tǒng)在地面研制和在軌運(yùn)行期間，極易受到污染物的影響。根據(jù)GJB 2203A—2005 《衛(wèi)星產(chǎn)品潔凈度及污染控制要求》，污染物定義為“任何可能對(duì)系統(tǒng)、分系統(tǒng)、設(shè)備、部件和材料的工作、可靠性和性能造成危害和不可忽略影響的非要求外來(lái)物”。污染物可分為顆粒污染物和分子污染物，前者是指尺寸為0.001～1000μm 的顆粒狀固體物質(zhì)，后者一般指材料在軌道真空環(huán)境下放氣產(chǎn)生的污染物。污染可能造成光學(xué)表面透過(guò)率下降，散射增加，影響光學(xué)系統(tǒng)的信噪比，或使探測(cè)器的離軸抑制受到限制，從而造成光學(xué)系統(tǒng)性能退化[1]。而真空熱試驗(yàn)過(guò)程中光學(xué)系統(tǒng)受到的污染最為嚴(yán)重[2]，因此需制定嚴(yán)格的污染控制措施并實(shí)施[3-4]。國(guó)外主要航天機(jī)構(gòu)對(duì)空間光學(xué)系統(tǒng)的污染控制極為重視，其中一些成熟有效的經(jīng)驗(yàn)值得借鑒。本文對(duì)MSX、COBE、HST/WFPC、ISO、GOSAT/ TANSO等衛(wèi)星光學(xué)系統(tǒng)的真空熱試驗(yàn)污染控制經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了調(diào)研總結(jié)，主要包括真空熱試驗(yàn)中分子污染與顆粒污染的監(jiān)測(cè)工具、監(jiān)測(cè)方法和控制方法。基于現(xiàn)有污染控制的現(xiàn)狀，對(duì)我國(guó)空間光學(xué)系統(tǒng)真空熱試驗(yàn)污染監(jiān)測(cè)與控制方法提出了若干建議。

1 NASA 經(jīng)驗(yàn)

1.1 彈道中段實(shí)驗(yàn)

彈道中段實(shí)驗(yàn)（Midcourse Space Experiment,MSX）衛(wèi)星[5]重2700 kg，長(zhǎng)5.1m，軌道為900km的極軌。它的3 個(gè)主要光學(xué)載荷為大型固態(tài)氫冷卻的紅外望遠(yuǎn)鏡SPIRIT III、可見光望遠(yuǎn)鏡SBV 和紫外可見光譜成像儀UVISI。SPIRIT III 的主鏡工作溫度為20 K，對(duì)污染極其敏感。UVISI 的工作溫度范圍為233～283K，有可能使大分子污染物沉積，并且其紫外波段受污染影響較紅外和可見光波段的更為嚴(yán)重。SBV 可承受一定污染，但其對(duì)視場(chǎng)外雜散光抑制要求較高，因此也應(yīng)對(duì)污染加以控制。

總體部門提出的污染控制要求為：SPIRIT III的表面潔凈度應(yīng)為MIL-STD-1246C 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的100A/5，UVISI 和SBV 表面潔凈度應(yīng)為300A/10。

振動(dòng)試驗(yàn)和真空熱試驗(yàn)在戈達(dá)德空間飛行中心（GSFC）完成。除熱試驗(yàn)外，其他時(shí)間都對(duì)衛(wèi)星及載荷都進(jìn)行了包裹，并一直吹掃，以保持清潔。包裹材料為預(yù)制的亞麻增強(qiáng)材料，由 National Metallizing Inc.制造，接口處用2 inch 的3M 1205 Kapton 膠帶封口。

1）分子污染控制

環(huán)境模擬容器、MSX 使用的熱沉及其他設(shè)備都在熱試驗(yàn)前進(jìn)行了烘烤，以除去以前試驗(yàn)殘留污染以及新工裝上的污染物。這被看作發(fā)射前降低分子污染的最重要的步驟。烘烤時(shí)，容器抽真空至1.3×10-4Pa，熱沉加熱至80 ℃，持續(xù)350 h。采用3只基頻為 15 MHz 的溫控石英晶體微量天平 （TQCM）監(jiān)測(cè)污染，其安裝于熱沉的支撐結(jié)構(gòu)上，分別位于熱沉的中部、頂部和底部。TQCM 溫度控制在-50 ℃。監(jiān)測(cè)過(guò)程中，需要不斷將TQCM 的晶片加熱至80℃以清潔晶片，防止它飽和。TQCM加熱為線性方式，以監(jiān)測(cè)不同污染物從晶片蒸發(fā)的溫度。烘烤結(jié)束的判據(jù)是TQCM 的頻率隨時(shí)間變化的二階導(dǎo)數(shù)（d2f/dt2）。在280 h 左右，當(dāng)3 只天平的該值為-2.5 Hz/(cm2·h)時(shí)，認(rèn)為此時(shí)烘烤結(jié)束。后續(xù)的70h 將容器回復(fù)至常溫常壓。

除了采用TQCM 進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，還用了兩個(gè)診斷板評(píng)估SPIRIT III 遮光罩發(fā)射率的退化。診斷板放有兩個(gè)拋光鍍金鏡和兩個(gè)衰減全反射晶體。一個(gè)診斷板不進(jìn)行熱控，另一個(gè)在整個(gè)烘烤期間都維持比熱沉高一些的溫度，而在容器鑒定階段則控溫至-40℃。隨后采用FTIR 進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)樣品反射率變化不顯著。俄歇電子能譜分析發(fā)現(xiàn)有薄層污染膜，成分含有碳和氧。

2）顆粒污染控制

在衛(wèi)星吊入真空容器之前，去除外層包裹，并對(duì)內(nèi)層包裹進(jìn)行檢查，以確保沒有孔洞。當(dāng)衛(wèi)星在真空容器放置好后，拆去內(nèi)層包裹，然后開始對(duì)多層進(jìn)行再清潔。在容器中有粒子計(jì)數(shù)器對(duì)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)。關(guān)閉容器大門，已過(guò)濾的氣流開始在容器內(nèi)循環(huán)，此時(shí)的氣流應(yīng)保證罐內(nèi)總顆粒數(shù)不超過(guò)1000 級(jí)。抽真空及復(fù)壓階段采用取樣板對(duì)顆粒污染進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選擇了非常慢的復(fù)壓充氣速度。

1.2 宇宙背景探測(cè)器

宇宙背景探測(cè)器[6]（COsmic Background Explorer,COBE)是NASA研制的用于研究宇宙起源的衛(wèi)星（見圖1）。衛(wèi)星的主要載荷包括散射紅外背景實(shí)驗(yàn)儀（Diffuse Infrared Background Experiment,DIRBE）、遠(yuǎn)紅外絕對(duì)光譜儀（Far Infrared Absolute Spectrophotometer,FIRAS）和微分微波輻射計(jì)（Differential Microwave Radiometer,DMR）。DIRBE和FIRAS 放置于液氦杜瓦中，工作環(huán)境的溫度低于2K。

圖1 COBE 衛(wèi)星 Fig.1 Satellite COBE

為模擬發(fā)射及在軌運(yùn)行時(shí)的熱環(huán)境，COBE在GSFC的空間環(huán)境模擬器上進(jìn)行了熱真空試驗(yàn)。

熱試驗(yàn)過(guò)程中污染的主要控制目標(biāo)是確定衛(wèi)星在軌時(shí)儀器自污染程度，同時(shí)，借助熱試驗(yàn)還可完成如下任務(wù)：1）在持續(xù)3 天的熱浸條件下對(duì)整星烘烤；2）測(cè)量試驗(yàn)過(guò)程中的污染沉積量；3)對(duì)容器中冷板收集的殘余物成分進(jìn)行分析。上述數(shù)據(jù)結(jié)合衛(wèi)星在軌放氣模型可用來(lái)確定衛(wèi)星的放氣過(guò)程，以決定杜瓦孔防護(hù)罩打開時(shí)間。

1.2.1 污染監(jiān)測(cè)方法

3 只基頻為10 MHz 的QCM 以對(duì)稱方式放置在距衛(wèi)星0.60m 的周邊，并采用液氮冷卻，以提 供試驗(yàn)中放氣量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。除了QCM，還采用了殘余氣體分析儀（RGA）分析衛(wèi)星的放氣特性。RGA 每8 h 記錄一次數(shù)據(jù)，最后得到放氣特性與容器抽氣時(shí)間的關(guān)系。

還采用冷指（cold finger）、冷板（scavenger plate）和6 塊拋光鋁鏡對(duì)沉積物質(zhì)的化學(xué)成分進(jìn)行了測(cè)定。鋁鏡安裝在DMR 的支撐環(huán)上，用于收集衛(wèi)星上大部分污染敏感器件的放氣物質(zhì)，以防止污染物沉積到杜瓦和DMR 的敏感表面。冷指和冷板安裝在真空容器上，采用液氮制冷，這樣衛(wèi)星的放氣大部分會(huì)沉積在這些冷表面上。直徑1.2m 的鋁制冷板在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中都通液氮主動(dòng)制冷，但是冷指僅在試驗(yàn)最后8 h 冷卻。試驗(yàn)結(jié)束后鋁鏡、冷指、冷板用溶劑沖洗，其溶液用紅外或質(zhì)譜技術(shù)進(jìn)行分析。

1.2.2 污染監(jiān)測(cè)結(jié)果

QCM 穩(wěn)定后，每小時(shí)記錄一次溫度數(shù)據(jù)以了解放氣特性趨勢(shì)，并對(duì)頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，以獲得兩個(gè)相鄰頻率之間的差值。圖2為某QCM 的溫度與頻率差的趨勢(shì)圖。

圖2 COBE 衛(wèi)星熱真空試驗(yàn)QCM 溫度和頻率 Fig.2 Temperature and frequency of QCMs in thermal vacuum test of COBE

圖2中溫度的尖峰是由于溫度控制器的不穩(wěn)定造成的。衛(wèi)星的污染控制要求為連續(xù)5 h 頻率差應(yīng)＜ 200Hz/h，從圖中可以看出，即便QCM 溫度降低到了-60℃，頻率差仍然滿足污染控制要求。

1）采用RGA 對(duì)水、氮?dú)饧昂?、氧分子進(jìn)行分析。當(dāng)容器抽真空到1.33×10-5Pa 時(shí)，氦、氧及氮的放氣速率降至10-9量級(jí)。水?dāng)U散的速率較低，但在50 h 熱浸后趨于穩(wěn)定。衛(wèi)星溫度在熱浸時(shí)平均溫度較在軌溫度高10℃，因此在軌的放氣速率數(shù)值會(huì)小于熱真空試驗(yàn)中的數(shù)值。

2）冷指在熱真空測(cè)試結(jié)束前8 h 開啟，它收集的殘余物用溶劑清洗轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)皿。分析表明，污染物質(zhì)量為1.3mg，成分包括已內(nèi)酰胺、三丁基氟化錫、三烯炳酸脂、苯甲酸、DC704 和鄰苯二甲酸酯。除了DC 704 擴(kuò)散泵油和鄰苯二甲酸酯，其他成分主要來(lái)源于經(jīng)常使用的電纜絕緣外皮。含量最多的是已內(nèi)酰胺，為Richmond Corporation 公司的防靜電2400 尼龍包裹材料所用的抗靜電添加劑，因此將該種材料更換為聚酯類型的Llumaloy- HSC?？偟膩?lái)說(shuō)，冷指收集的污染物均滿足污染控制要求。

3）冷板收集到的污染物成分與冷指基本一致，殘余物總重3.3mg，但冷板面積是冷指面積的10倍，因此也符合污染控制要求。

4）試驗(yàn)后對(duì)取樣鏡的化學(xué)分析表明取樣鏡上未檢測(cè)到污染物。

1.2.3 污染控制經(jīng)驗(yàn)

必須對(duì)污染敏感器件在其研制至發(fā)射的每一個(gè)階段進(jìn)行全過(guò)程防護(hù)，而不能僅僅依靠周圍環(huán)境的潔凈度來(lái)保證。污染烘烤除氣和材料選用控制應(yīng)該在設(shè)計(jì)階段就考慮并加以研究。

1.3 哈勃太空望遠(yuǎn)鏡

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡[7]（Hubble Space Telescope,HST）的寬視場(chǎng)相機(jī)（Wide Field Plane Camera,WFPC）是主要的光學(xué)系統(tǒng)之一。WFPC I 使用8個(gè)CCD，工作波長(zhǎng)范圍120～1100 nm。為了降低噪聲和提高量子效應(yīng)的穩(wěn)定性，CCD 工作溫度設(shè)置為-80℃；但是較低的工作溫度以及缺少內(nèi)部放氣的排放通道，使得CCD 很容易受到內(nèi)部器件的放氣污染，影響其遠(yuǎn)紫外波段儀器的性能。

為監(jiān)測(cè)其污染，將15 MHz 的TQCM、熱偶規(guī)、光學(xué)取樣鏡等多種工具放置在內(nèi)部一個(gè)平臺(tái)上，朝向光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部。在37 天的熱真空試驗(yàn)期間，TQCM 維持在-20 ℃并獲得了污染量數(shù)據(jù)。同時(shí)，還獲得了真空容器及WFPC 內(nèi)部的壓力數(shù)據(jù)，CCD低溫循環(huán)時(shí)147、250、410 nm 的光通量數(shù)據(jù)等。對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，存在兩種影響FUV 波段性能的污染物：一種污染物（大分子揮發(fā)物）的數(shù)量與電子儀器及外殼溫度高低相關(guān)，當(dāng)電子儀器工作溫度低于8～10 ℃時(shí)，污染顯著減少；另一種污染物（小分子揮發(fā)物）與熱管溫度相關(guān)，當(dāng)熱電制冷器熱端溫度低于-40～-50 ℃時(shí)，其污染顯著 減小。

測(cè)試結(jié)果說(shuō)明上述內(nèi)部污染監(jiān)測(cè)工具用處很 大。因?yàn)檎婵杖萜鞅旧淼臄?shù)據(jù)并不能反映WFPC的情況，設(shè)備外表面的放氣等會(huì)掩蓋內(nèi)部的放氣情況，而TQCM 的數(shù)據(jù)提供了污染來(lái)源及可能影響儀器性能的污染物成分的信息，為后續(xù)采取何種補(bǔ)救措施提供了依據(jù)。

在熱真空測(cè)試之后、WFPC 安裝至HST 之前，對(duì)其進(jìn)行了如下改進(jìn)：

1）加入CCD 在軌除污染的功能，采用了66W的加熱器可將CCD 溫度加熱到+10 ℃；

2）降低大分子揮發(fā)物的放氣率，將電子設(shè)備的期望工作溫度降低2～3℃。

1.4 詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡

詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡[8]（JWST）預(yù)計(jì)于2018年發(fā)射，主要任務(wù)是調(diào)查作為大爆炸理論的殘余紅外線證據(jù)，即觀測(cè)今天可見宇宙的最初形態(tài)。其光學(xué)系統(tǒng)的工作溫度范圍為30～50 K，探測(cè)器的工作溫度低于7K。

JWST 研制過(guò)程中需要進(jìn)行大量的真空熱試驗(yàn)，且試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)30～90 d，因此真空熱試驗(yàn)是其低溫光學(xué)系統(tǒng)的主要污染源，尤其是在真空熱試驗(yàn)結(jié)束后，系統(tǒng)從深冷溫度復(fù)壓、回溫到常溫常壓環(huán)境的過(guò)程中，熱沉上累積的污染物會(huì)釋放并累積到溫度相對(duì)較低的光學(xué)系統(tǒng)表面上。為控制這種累積污染量，提出了嚴(yán)格的復(fù)壓回溫程序，如表1所示。QCM 檢測(cè)得到的試驗(yàn)期間總污染量為24?。

表1 JWST 真空熱試驗(yàn)的復(fù)壓回溫程序 Table1 Repressurization and temperature restoration procedure in thermal vacuum test of JWST

2 ESA 經(jīng)驗(yàn)

設(shè)在比利時(shí)的CSL 是ESTEC 的光學(xué)載荷熱真空試驗(yàn)中心。它有4 臺(tái)真空環(huán)境模擬設(shè)備，即FOCAL1.5、FOCAL 2、FOCAL 5、FOCAL 6.5，設(shè)備均為熱沉調(diào)溫。它們都位于潔凈度10000 級(jí)的潔凈區(qū)域內(nèi)，該區(qū)域面積650m2、高10m，帶有兩個(gè)風(fēng)淋門（airlock），區(qū)域的溫濕度都可控。

在FOCAL 5 外面、前述潔凈區(qū)域內(nèi)設(shè)置了層流、潔凈度為100 級(jí)、容積500 m3的包裹區(qū)域，有兩個(gè)風(fēng)淋門用于員工進(jìn)出。

下面介紹ISO 衛(wèi)星試驗(yàn)時(shí)的污染控制措施[9]。

2.1 顆粒污染

污染控制要求為：每次測(cè)試中，顆粒污染物造成的遮蔽因子（obscuration factor）不得高于15×10-6。為達(dá)到該要求，定期用塵埃計(jì)數(shù)器測(cè)量空氣中懸浮顆粒，并且在工作區(qū)的各個(gè)角落放置顆粒沉降采樣器，每天進(jìn)行計(jì)數(shù)。

對(duì)于100 級(jí)潔凈區(qū)，理論顆粒沉降的速率是1.5×10-6/d。但這是針對(duì)塵埃的正態(tài)分布計(jì)算的。當(dāng)多人使用較多設(shè)備時(shí)，上述關(guān)系失效。實(shí)際上，采取了一系列嚴(yán)格控制措施后的測(cè)試結(jié)果是3×10-6/d?？刂拼胧┌ǎ?/p>

1）對(duì)絕大部分設(shè)備進(jìn)行真空清潔；

2）因在清潔金屬表面時(shí)擦拭布容易掉落纖維，所以有限制地使用擦拭布；

3）使用Goretex 牌工作服，對(duì)穿衣方法也作了嚴(yán)格規(guī)定；

4）經(jīng)常采用黑光燈檢查設(shè)備表面以發(fā)現(xiàn)顆粒物；

5）真空熱試驗(yàn)時(shí)，必須使用很低的抽氣速度，避免容器中產(chǎn)生湍流，擾動(dòng)殘留顆粒物；

6）試驗(yàn)結(jié)束時(shí)復(fù)壓使用HEPA 過(guò)濾器，復(fù)壓速度應(yīng)與抽真空一樣。

2.2 分子污染

對(duì)于ISO 衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，它采用低溫制冷，因此其真空熱試驗(yàn)污染控制要求為：一個(gè)完整的試驗(yàn)序列污染總量不高于2×10-8g/cm2。為此，采用一個(gè)取樣板，與衛(wèi)星經(jīng)受相同溫度環(huán)境來(lái)測(cè)試污染程度。試驗(yàn)達(dá)到了要求，主要是采用了如下措施：

1）對(duì)潔凈間塑料墻壁進(jìn)行化學(xué)清洗，清除揮發(fā)性塑化劑；

2）嚴(yán)格選擇真空下使用的材料；

3）黑漆使用不帶底漆的Chemglaze Z306；

4）潤(rùn)滑油只使用Fomblin Z25；

5）對(duì)加熱和制冷過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)分析，確保試件溫度不是最低；

6）使用冷阱收集絕大部分污染物；

7）復(fù)壓僅用清潔氮?dú)猓ㄓ梢旱獌?chǔ)槽供應(yīng)并過(guò)濾）。

3 JAXA 經(jīng)驗(yàn)

3.1 溫室氣體觀測(cè)衛(wèi)星

溫室氣體觀測(cè)衛(wèi)星[10]（Greenhouse Gases Observing Satellite,GOSAT）為一顆中型衛(wèi)星，重1750kg、外形尺寸2.6 m×2.4 m×3.7 m，用于監(jiān)測(cè)全球CO2和CH4的變化。它于2008年由H-IIA 火箭發(fā)射，運(yùn)行于高度為666 km、傾角98°的太陽(yáng)同步軌道，設(shè)計(jì)壽命5年。GOSAT 衛(wèi)星的兩個(gè)主要載荷為傅里葉變換光譜計(jì)（TANSO-FTS）和云層及氣溶膠成像儀（TANSO-CAI）。TANSO-FTS 對(duì)地球反射的短波紅外及地表熱輻射進(jìn)行探測(cè)，TANSO-CAI 用于對(duì)云層和氣溶膠的干涉進(jìn)行校正。儀器的主要探測(cè)波段為12 900～13 200,5 800～6 400,4800～5200,700～1 800cm-1。

光學(xué)系統(tǒng)觀測(cè)得到的結(jié)果是微分吸收光譜，即要觀測(cè)的是信號(hào)的變化，因此如果污染物有觀測(cè)波段的吸收峰，就會(huì)造成嚴(yán)重后果。以前航天器的污染控制只是控制污染總量，而GOSAT 除需要控制污染物的總量外，還需要控制光譜特性。

3.2 真空熱試驗(yàn)污染監(jiān)測(cè)

GOSAT 衛(wèi)星的熱控星熱試驗(yàn)在種子島航天中心直徑8 m 的環(huán)境模擬容器中進(jìn)行。為監(jiān)測(cè)光學(xué)載荷對(duì)應(yīng)波段的污染退化情況，采用了鍍金和ZnSe兩種取樣板，取樣板的溫度控制在273 K，為熱分析得到的光學(xué)平臺(tái)的最低溫度。ZnSe 采用鋁板和薄膜加熱片控溫。如圖3所示，2 只TQCM 和8個(gè)取樣板安裝在支架上并朝向衛(wèi)星，還有5 個(gè)取樣板安裝在測(cè)試平臺(tái)下的冷板上作為參考。

試驗(yàn)中熱沉溫度保持在-195 ℃，真空度1.0× 10-5Pa。TQCM 的溫度和頻率曲線如圖4所示?？梢钥闯?，TQCM 沒有明顯的污染累積。而控溫在273K 的取樣板在監(jiān)測(cè)波段內(nèi)也沒有明顯的透過(guò)率或反射率退化。控溫在100K 的ZnSe 取樣板其透過(guò)率有明顯退化，不過(guò)在室溫環(huán)境下，其污染物很快揮發(fā)，透過(guò)率基本恢復(fù)到?jīng)]有污染的水平。因此，試驗(yàn)證明衛(wèi)星設(shè)計(jì)滿足污染控制要求。

圖3 GOSAT 真空熱試驗(yàn)中污染監(jiān)測(cè)儀器安裝方式 Fig.3 Contamination monitoring devices and its installation in thermal vacuum test of GOSAT

圖4 GOSAT 的污染測(cè)試結(jié)果 Fig.4 Results of contamination monitoring of GOSAT

4 結(jié)論及建議

污染效應(yīng)是空間光學(xué)系統(tǒng)性能和壽命的重要影響因素之一，而真空熱試驗(yàn)是空間光學(xué)系統(tǒng)經(jīng)受污染最為嚴(yán)重的階段。雖然目前已有較多的污染控制經(jīng)驗(yàn)及手段，但仍未形成完善的真空熱試驗(yàn)污染控制方法體系，不能完全滿足空間光學(xué)系統(tǒng)污染控制需求。國(guó)外真空熱試驗(yàn)?zāi)M手段與我國(guó)不盡相同，大多采用熱沉調(diào)溫模擬外熱流，而我國(guó)采用紅外燈陣或加熱籠來(lái)模擬，熱沉為冷背景。因此，應(yīng)在借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)我國(guó)實(shí)際情況分析制定污染控制措施。我們認(rèn)為，在以下方面仍需加強(qiáng)研究：

1）真空熱試驗(yàn)過(guò)程中污染控制

當(dāng)空間光學(xué)系統(tǒng)直接暴露于污染傳輸路徑時(shí)，應(yīng)在傳輸路徑上采取遮擋控制措施（如冷阱[9]、分 子吸附器[11]），避免污染物的直接視線傳輸所造成的大量污染。

2）復(fù)壓回溫過(guò)程污染監(jiān)測(cè)與控制

真空熱試驗(yàn)結(jié)束、熱沉回溫復(fù)壓過(guò)程中，試驗(yàn)中被吸附的污染物從熱沉大量脫附，沉積至溫度仍較低的污染敏感表面，可能產(chǎn)生嚴(yán)重污染。另外復(fù)壓過(guò)程中的氣流可能引起顆粒物擾動(dòng)，產(chǎn)生顆粒污染。因此應(yīng)對(duì)復(fù)壓過(guò)程中的污染監(jiān)測(cè)與控制進(jìn)行分析研究。

在復(fù)壓過(guò)程中，應(yīng)采用控溫低于230K 的QCM對(duì)復(fù)壓過(guò)程中的污染變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，了解污染物運(yùn)動(dòng)規(guī)律；還應(yīng)建立原位顆粒污染監(jiān)測(cè)方法。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，建立復(fù)壓過(guò)程污染控制規(guī)范。

3）污染物成分分析

目前僅采用氣相色譜質(zhì)譜連用方法分析污染物成分，測(cè)量方法單一且操作較為復(fù)雜，成分鑒別所需時(shí)間較長(zhǎng)。應(yīng)探索其他成分分析方法，如紅外光譜成分分析方法[12]。

4）污染效應(yīng)測(cè)試分析

污染效應(yīng)測(cè)試主要是測(cè)試一定量的污染造成的光學(xué)系統(tǒng)透過(guò)率損失，目前存在的問(wèn)題是污染量和污染效應(yīng)測(cè)量數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性較差。對(duì)污染效應(yīng)測(cè)試分析方法的改進(jìn)建議如下：首先，建立可控溫的光學(xué)透過(guò)率損失測(cè)試裝置，保證其溫度狀態(tài)與測(cè)試污染總量的QCM 相同；其次，設(shè)計(jì)用于電子顯微鏡觀察污染物形態(tài)的取樣板，對(duì)污染物形態(tài)進(jìn)行分析，排除由于污染膜不均勻?qū)е碌墓鈱W(xué)試片透過(guò)率損失測(cè)量不準(zhǔn)確的可能性；再者，星上光學(xué)系統(tǒng)有可見光、紅外兩個(gè)主要波段，紅外波段同樣容易受污染影響，并且除了分子污染，還有顆粒污染影響，應(yīng)針對(duì)紅外波段光學(xué)系統(tǒng)補(bǔ)充紅外波段污染效應(yīng)測(cè)量方法，以更有針對(duì)性地反映污染效應(yīng)。

（References）

[1] Tribble A C.空間環(huán)境[M].唐賢明,譯.北京: 中國(guó)宇航出版社,2009: 50-61

[2] 焦子龍,龐賀偉,易忠,等.航天器真空熱試驗(yàn)污染物成分分析[J].航天器環(huán)境工程,2010,27(6): 711-714 Jiao Zilong,Pang Hewei,Yi Zhong,et al.Composition analysis of contaminant in thermal vacuum test for spacecraft[J].Spacecraft Environment Engineering,2010,27(6): 711-714

[3] 劉天雄,羅成,朱劍濤,等.熱真空試驗(yàn)中分子污染敏感單機(jī)的失效機(jī)理及對(duì)策[J].航天器工程,2014,23(1): 47-52 Liu Tianxiong,Luo Cheng,Zhu Jiantao,et al.Failure mechanism and countermeasure of unit sensitive to molecular contamination in thermal vacuum test[J].Spacecraft Engineering,2014,23(1): 47-52

[4] GJB 2203A—2005 衛(wèi)星產(chǎn)品潔凈度及污染控制要求[S]

[5] Hall D F,Cranmer J H,Sanders J T,et al.MSX spacecraft contamination control methodology and results[C]//SPIE Conference on Optical System Contamination: Effects,Measurements,and Control VI.San Diego,1998: 4-11

[6] Barney R D.Contamination control program for the cosmic background explorer: an overview[C]∥16thSpace Simulation Conference.Greenbelt: NASA Goddard Space Flight Center,1990: 323-342

[7] Taylor D,Barengoltz J,Jenkins T,et.al.WF/PC internal molecular contamination during system thermal-vacuum test[C]∥15thSpace Simulation Conference.Williamsburg,1988:1-10

[8] Wooldridge E M,Nelson K H,Woronowicz M,et al.Contamination control requirements implementation for the James Webb Space Telescope (JWST): Part 1.Optics,instruments and thermal vacuum testing[C]∥Systems Contamination: Prediction,Measurement,and Control.San Diego,2014

[9] Cucchiaro A,Henrist M.The space simulation facilities at IAL space[C]∥16thSpace Simulation Conference.Greenbelt: NASA Goddard Space Flight Center,1990: 314-322

[10] Urabe T.Overview of GOSAT contamination control activity and test results summary[C]∥Infrared Spaceborne Remote Sensing and Instrumention XV.Bellingham,2007

[11] Straka S,Peters W,Hasegawa M,et al.Development of molecular adsorber coatings[C]//Proc of SPIE,2010,7794

[12] 焦子龍,裴一飛.利用紅外光譜法分析衛(wèi)星污染物成分[C]∥中國(guó)航天第十專業(yè)信息網(wǎng)暨五院科技委環(huán)境工程與可靠性專業(yè)組2012年學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集,2012: 116-119