【国家标准】 空间环境 非金属材料空间辐射效应地面模拟方法

ICS 49.025.01
CCSV13
中华人民共和国国家标准
GB/T42846—2023
空间环境
非金属材料空间辐射效应地面
模拟方法
SpaceenvironmentMethodofground simulationforspaceradiationeffect on non-metallic materials(IS015856:2010,SpacesystemsSpaceenvironment-Simulationguidelinesforradiationexposureofnon-metallicmaterials,NEQ2023-08-06发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2023-08-06实施
规范性引用文件
3术语和定义、缩略语·
术语和定义
缩略语
空间辐射环境特性
空间中的辐射源
地球轨道的辐射水平
电子辐射
质子辐射
韧致辐射
紫外辐射
带电粒子和光子辐照的计算方法航天材料的性能
表面性能
体性能
出气性能
辐射作用的度量
空间辐射模拟的要求
地面试验方法
模拟方法
辐射效应模拟
电离辐射能谱
辐射剂量率
模拟辐射源
模拟源
低能质子加速装置
低能电子加速装置
高能质子加速器
高能电子加速器
紫外辐射源
GB/T42846—2023
GB/T42846—2023
远紫外源
近紫外源
单色光源
可选模拟方法
附录A（资料性）
附录B（资料性）
附录C（资料性）
附录D（资料性）
参考文献
空间辐射环境模型
典型轨道的辐射环境
剂量深度
加速试验
本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则起草。
GB/T42846—2023
第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定本文件参考ISO15856：2010《空间系统空间环境
非金属材料辐射暴露地面模拟指南》起草，一致性程度为非等效。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国宇航技术及其应用标准化技术委员会（SAC/TC425)提出并归口。本文件起草单位：北京卫星环境工程研究所、深圳星地李生科技有限公司、哈尔滨工业大学、中国科学院国家空间科学中心、中国科学院上海光学精密机械研究所、西安交通大学、南昌理工学院、北京东方计量测试研究所、中国人民解放军陆军工程大学石家庄校区。本文件主要起草人：沈自才、丁义刚、季启政、赵瑜、刘宇明、韩建伟、王胭脂、陈玉、王世金、高志良、邱小林、胡小锋、唐旭、王汉风、李昌宏、孙威、刘薇。m
1范围
空间环境
非金属材料空间辐射效应地面
模拟方法
GB/T42846—2023
本文件描述了对非金属材料进行空间辐射效应地面模拟的试验方法，包括模拟试验过程中的空间辐射环境特性、航天材料的性能、空间辐射模拟的要求、模拟辐射源以及可选模拟方法。本文件适用于非金属材料空间辐射效应的地面模拟试验。非金属材料包括漆、玻璃、陶瓷、聚合物聚合物-金属复合材料如金属基复合材料和层压材料等。2
规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T32452
GB/T34517
GB/T37834
GB/T41459
航天器空间环境术语
航天器用非金属材料真空出气评价方法银河宇宙线模型
空间环境空间太阳总辐照度
GB/T42047—2022
3术语和定义、缩略语
3.1术语和定义
载人航天器密封舱内材料和部组件出气产物测定方法GB/T32452、GB/T37834、GB/T41459界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1.1
吸收剂量
absorbed dose
单位质量的物质吸收的电离辐射能量3.1.2
accelerationfactor
加速因子
相同类型辐射的模拟试验与空间应用之间的剂量率比率。3.1.3
村bremsstrahlung
韧致辐射
人射粒子在材料中减速而发出的光辐射。3.1.4
剂量深度分布depthdoseprofile吸收剂量随材料深度的分布。
GB/T42846—2023
ionizing radiation
电离辐射
由带电粒子或不带电粒子或两者组成的任何类型的辐射3.1.6
线性能量传输
传能线密度
linear energy transfer ;LET
带电粒子穿过物质时每单位长度路径上物质吸收的能量。3.1.7
平均自由程
meanfreepath
特定介质中，特定类型的粒子在特定类型的相互作用之间移动的平均距离。3.1.8
自然空间环境
natural space environment
空间中没有航天器系统存在时的空间环境3.1.9
radiationbelt
辐射带
被地磁场（或行星磁场）捕获的带电粒子区域3.1.10
辐射尺度效应
radiationscaleeffect
材料退化与辐照层和未辐照层厚度比的关联性。3.1.11
surfaceproperties
表面性能
由材料表面的物理化学和形貌结构决定的性能3.1.12
同步辐射
fsynchrotronradiation
在同步加速器或存储环中相对论带电粒子加速而产生的连续辐射。3.1.13
volumeproperties；bulkproperties体性能
由物体体积的特性决定的属性。3.1.14
irradiance
辐照度
人射到表面某个单元上的辐射通量与单元面积的比值3.1.15
辐射作用度量
radiation action measure
材料中辐射作用的能量特征。
缩略语
下列缩略语适用于本文件。Www.bzxZ.net
BD：北斗（Beidou）
CSS：中国空间站（ChinaSpaceStation）FEP：氟化乙烯丙烯（FluorinatedEthylenePropylene）FUV：远紫外（FarUltroviolet）GCR：银河宇宙线（GalacticCosmicRays）GEO：地球同步轨道（GeosynchronousOrbit）HEO：大椭圆轨道（HighlyEllipticalOrbit）LEO：低地球轨道（LowEarthOrbit)MEO：中地球轨道（MediumEarthOrbit）NUV：近紫外(NearUltraviolet)POL：标准极轨道（StandardPolarOrbit）空间辐射环境特性
空间中的辐射源
GB/T42846—2023
空间中的主要辐射源包括GCR、太阳粒子（包括太阳风）、紫外辐射和行星（例如地球、木星和土星）周围辐射带中的带电粒子。常用的空间辐射环境模型见附录A。4.2地球轨道的辐射水平
4.2.1总则
各种典型轨道的特定辐射水平是基于公认的已出版的模型，而这些模型基于观测数据，电子辐射
对于LEO和POL轨道，电子的能量范围为4OkeV～5MeV。对于GEO和HEO轨道，电子的能量范围为1keV~5MeV。
电子辐射环境基于AE9/AE8模型。AE9/AE8模型描述了最低能量为40keV的电子能谱。低能电子可采用与AE9模型同时发布的SPM模型。该模型给出了100keV以下的低能电子的能谱。
4.2.3质子辐射
对于LEO和POL轨道，质子的能量范围为100keV～200MeV。对于GEO和HEO轨道，质子的能量范围为1keV~100MeV。
质子辐射环境基于AP9/AP8模型。AP9/AP8模型描述了最低能量为100keV的质子能谱低能质子可采用与AP9模型同时发布的SPM模型，该模型给出了100keV以下的低能质子的能谱。
4.2.4韧致辐射
韧致辐射是厚度大于数克每平方厘来的材料或屏蔽材料中的辐射损伤的主要来源。4.2.5紫外辐射
地球轨道的FUV的辐照度天约是0.1W·m-或太阳总辐照度的0.007%，NUV的辐照度约为118W·m-2或太阳总辐照度的8.7%。其他行星的太阳总辐照度见GB/T41459。4.3带电粒子和光子辐照的计算方法4.3.1对典型任务进行剂量和能量注量计算时，需针对具体的环境条件和航天器材料的位置，并考虑所有的屏蔽效应。
4.3.2获得这种信息的另一种方法是基于典型航天器轨道和环境（见附录B)。3
GB/T42846—2023
4.3.3每种空间辐射对总吸收剂量的贡献取决于屏蔽深度。4.3.4有些空间辐射（例如高能电子和韧致辐射）效应（如力学性能的变化）可以用Co的射线来模拟。
5航天材料的性能
5.1概述
当材料受到空间环境辐射时，辐射能谱/波长的不同能量/波段将引起材料不同性能的退化。这些性能可分为表面性能、体性能和出气性能5.2表面性能
5.2.1表面性能主要取决于产品表面或表面附近的材料的性能。材料的表面被定义为直接暴露于航天器的空间环境的那部分材料。“表面附近”为厚度不大于4mg·cm-的区域（见附录C的图C.1~图C.3)。
5.2.2表面性能包括表面电导率、热光性能（反射率、吸收率、发射率）、粘接性能（附着力、粘合强度）、摩擦学特性（摩擦系数、摩擦耐久性、耐磨性）和表面充电特性等5.2.3粒子辐射谱中的低能量部分（电子一般不超过50keV，质子一般不超过1.0MeV）和FUV是造成材料表面性能下降的主要原因。5.2.4紫外的全部光谱都会影响非金属材料的表面性能，5.2.5大多数材料对FUV具有高吸收率，一些材料会受到NUV辐射的影响，这取决于吸收特性和破坏分子键所需的能量。
5.3体性能
5.3.1体性能取决于整个产品体积中材料的平均特性。材料体性能的下降由带电粒子能谱的高能部分决定。屏蔽厚度大于5mg·cm-2～10mg·cm-2的材料的辐射损伤也是由能谱中的高能部分引起的。
5.3.2多层薄膜组成的复合材料可能需要进行额外的分析以确定来自于自然空间辐射的剂量深度分布。
5.4出气性能
5.4.1出气性能取决于材料的组分、形貌、结构和价健等。材料的出气量的多少与材料的物理吸附、化学吸附和材料的化学价健断裂等有关。5.4.2材料的真空出气性能主要为总质量损失、收集的可凝挥发物和水汽回吸量。5.4.3材料出气的总质量损失、收集的可凝挥发物以及水汽回吸量测试按照GB/T34517的规定进行。5.4.4材料的有毒有害气体出气测试主要为出气成分和出气量，成分主要关注甲醛、乙醛、丙酮等，具体种类见GB/T42047—2022的附录D。5.4.5材料出气的有毒有害气体成分测试应按照GB/T42047一2022的规定进行。5.5辐射作用的度量
5.5.1对于材料的表面性能，辐射作用的度量应等于粒子辐射的能量注量，单位为焦耳每平方米（J/m），这是由于在几十微来厚的近表层中吸收了超过90%的暴露能量，并且与粒子辐射相比，可忽略近表层中吸收的韧致辐射能量。5.5.2在产品厚度上平均的吸收剂量被认为是分析体性能的辐射作用的度量，并且实际上涉及能谱的4
高能量部分。同样的方法适用于屏蔽材料。GB/T42846—2023
5.5.3这种选择辐射作用度量的方法受到辐射尺度效应的影响，即材料退化对辐照层和未辐照层厚度比的依赖性。辐射作用的度量适用于航天器表面厚度超过4mg·cm-2的材料。能量通量是对厚度小于4mg·cm-\的材料层的辐射作用的唯一度量。6空间辐射模拟的要求
6.1目的
模拟的目的是研究空间环境对材料的效应，而不需要重现空间环境，6.2
地面试验方法
宜使用以下方法来开展地面模拟试验。a)
对特定任务和特性，选择对于试验材料的性能和可靠性重要的空间环境要素。考虑可能影响正在研究的效应的诱发环境因素（辐射引起的放气、样品污染等）。b）
确定环境可接受的加速因子，而不会对结果产生不利影响。d)
选择要进行地面模拟试验的空间环境。e)
选择地面模拟的辐射源。
确定辐射源的能量和注量，以尽可能的模拟在空间中产生的剂量深度分布。应对给定轨道、任务寿命和材料的空间辐射环境和吸收剂量分布进行详细分析。g）
计算空间环境和模拟试验条件在试验材料中的剂量深度分布。应使用相同的仿真分析方法进行计算，并考虑空间环境和模拟环境下的粒子人射的特征。6.3模拟方法
6.3.1辐射效应模拟
非金属材料辐射效应模拟过程中，一般遵循以下原则。a）
辐射效应主要基于辐射在材料中发生的辐射化学过程。在相同的吸收能量和剂量率下，各类辐射对非金属材料的影响在定性和定量上都不同。b）宜使用与材料在自然空间环境中暴露的相同类型辐射进行材料试验。其中，表面性能稳定性试验是首要影响项。
若缺乏关于低能质子、电子以及紫外的特定效应的实验和理论数据，在相同的吸收剂量下，不宜用另一种辐射来替代一种辐射。d)
对于导致材料体性能退化的高能质子和电子，如果在技术上可行并且可以重现效应（例如，存在可靠的实验数据可证明这种替代适用于类似的材料和相同的性能），则可以使用一种辐射来代替另一种辐射。
不应用其他辐射来代替紫外辐射e）
f）不应通过性能变化可逆的试验来确定是否能够用一种辐射代替另一种辐射。6.3.2
电离辐射能谱
性能：
电离辐射能谱对非金属材料的影响，电离辐射能谱主要通过以下两种方式影响非金属材料在材料中形成不同的剂量深度分布；b）
辐射化学产额对辐射LET值的依赖性。5