本發明涉及航空航天,特別涉及一種鋁鉭金屬復合材料的衛星有效載荷抗輻射裝置。
背景技術:
1、衛星有效載荷在軌運行時電子元器件將面臨銀河宇宙線、輻射帶質子、電子和太陽高能粒子等輻射威脅,還需滿足高低溫交替變換的嚴酷真空環境要求。在發射時還要適應運載火箭的隨機振動、沖擊等力學環境,所以有效載荷設備不但需要具備抗輻射能力還要保證足夠的結構強度和良好的抗力學能力。
2、目前我國絕大部分衛星有效載荷都采用2a12鋁合金制備電子學機箱。2a12鋁合金相對密度小、強度高、力學性能好、導熱耐熱性好、還可以通過陽極氧化增強抗腐蝕能力,一直廣泛應用于航天工程任務中。
3、傳統的2a12鋁合金雖然有足夠的結構強度和力學性能,但是抗輻射效能低、防護質量成本高。對太空中的輻射雖有一定的屏蔽效果,但依然難以滿足中高軌的導航和通信衛星及深空探測的衛星的抗輻射加固需求。如果想要達到比較理想的防護效果需要提升一定的厚度才能達到,但這也會帶來不可承受的質量成本。例如,要控制meo軌道航天器在軌10年遭遇的輻射劑量在100krad[si]以下,至少需要7mm鋁合金材料、質量成本在數百千克;2013年,為應對木星系的強輻射nasa的juno號木星探測器采用厚10mm、重180千克的鈦合金與局部鉭屏蔽盒進行輻射復合屏蔽防護。
技術實現思路
1、本發明的目的在于,克服現有技術中傳統衛星有效載荷電子學機箱輻射屏蔽效能低的問題,從而提供一種鋁鉭金屬復合材料的衛星有效載荷抗輻射裝置。
2、為解決上述技術問題,本發明的技術方案所提供的鋁鉭金屬復合材料的衛星有效載荷抗輻射裝置,包括:
3、電子學箱,包括底板和主體結構骨架;
4、側板,覆蓋主體結構骨架外側面;
5、頂層蓋板,覆蓋主體結構骨架頂部;和
6、印制電路板組件,安裝至主體結構骨架內;其中,
7、所述側板和頂層蓋板分別由鋁鉭復合層狀板軋制而成;
8、所述電子學箱的底板和主體結構骨架由鋁錠雕銑一體成型。
9、作為上述裝置的一種改進,所述電子學箱為長方體;所述側板包括:分別覆蓋主體結構骨架四個外側面并與對應外側面連接的前側板、后側板、左側板和右側板。
10、作為上述裝置的一種改進,所述電子學箱的底板設置與底板一體成型的凸耳;
11、所述底板厚度為5mm,粗糙度小于或等于3.2μm,平面度小于或等于0.1mm/100mm×100mm。
12、作為上述裝置的一種改進,所述印制電路板組件包括:第一印制電路板、第二印制電路板和第三印制電路板;其中,所述第一印制電路板與所述底板連接;所述第二印制電路板和第三印制電路板與所述主體結構骨架連接;其中,所述第二印制電路板和第三印制電路板均設置加強筋。
13、作為上述裝置的一種改進,第一印制電路板、第二印制電路板和第三印制電路板的厚度均為2mm,加強筋厚度均為6mm。
14、作為上述裝置的一種改進,所述鋁鉭復合層狀板通過以下過程獲得:
15、表面處理:對2a12鋁合金板及ta-2.5w鉭鎢合金板進行表面處理,以去除表面氧化膜和雜質,獲得具有預設粗糙度的初始潔凈表面;
16、板坯異溫加熱:對2a12鋁合金板進行加熱,保持ta-2.5w鉭鎢合金板原有溫度;
17、疊放組坯:在2a12鋁合金板加熱之后,將2a12鋁合金板和ta-2.5w鉭鎢合金板的初始清潔表面貼合在一起,制成鋁鉭復合層狀板。
18、作為上述裝置的一種改進,所述鋁鉭復合層狀板的厚度為2mm,其中,2a12鋁合金板厚度為1.6mm,ta-2.5w鉭鎢合金板厚度為0.4mm。
19、作為上述裝置的一種改進,所述軋制過程如下:
20、對鋁鉭復合層狀板進行軋制復合,對軋制后的鋁鉭復合層狀板進行熱處理;其中,所述熱處理包括:固溶處理和時效熱處理。
21、作為上述裝置的一種改進,所述熱處理后,還包括采用黑色陽極氧化表面處理工藝對鋁鉭復合層狀板的表面進行處理,以在表面形成氧化膜。
22、相較于現有技術,本發明的優點在于,本發明提供的鋁鉭金屬復合材料的衛星有效載荷抗輻射裝置,突破了復合材料抗輻射理性設計技術、鋁鉭復合材料載荷應用技術、鋁鉭異質金屬復合材料空間環境適應技術等多項關鍵技術。通過genant4軟件仿真設計鋁鉭復合材料的最佳配比,高溫軋制成鋁鉭金屬層狀結構復合材料板材,替代傳統的2a12鋁合金制作衛星有效載荷的電子學機箱,在相同面密度情況下,保證足夠的結構強度和良好的抗力學能力的同時將抗輻射能力提升。本發明使用鋁鉭金屬復合材料制作衛星有效載荷電子學機箱,可有效降低電子學箱內部元器件累積電離輻射劑量,提高抗輻射能力。
1.一種鋁鉭金屬復合材料的衛星有效載荷抗輻射裝置,包括:
2.根據權利要求1所述的鋁鉭金屬復合材料的衛星有效載荷抗輻射裝置,其特征在于,所述電子學箱為長方體;
3.根據權利要求1所述的鋁鉭金屬復合材料的衛星有效載荷抗輻射裝置,其特征在于,所述電子學箱的底板設置與底板一體成型的凸耳;
4.根據權利要求1所述的鋁鉭金屬復合材料的衛星有效載荷抗輻射裝置,其特征在于,所述印制電路板組件包括:第一印制電路板、第二印制電路板和第三印制電路板;其中,所述第一印制電路板與所述底板連接;所述第二印制電路板和第三印制電路板與所述主體結構骨架連接;其中,所述第二印制電路板和第三印制電路板均設置加強筋。
5.根據權利要求1所述的鋁鉭金屬復合材料的衛星有效載荷抗輻射裝置,其特征在于,
6.根據權利要求1所述的鋁鉭金屬復合材料的衛星有效載荷抗輻射裝置,其特征在于,所述鋁鉭復合層狀板通過以下過程獲得:
7.根據權利要求6所述的鋁鉭金屬復合材料的衛星有效載荷抗輻射裝置,其特征在于,所述鋁鉭復合層狀板的厚度為2mm,其中,2a12鋁合金板厚度為1.6mm,ta-2.5w鉭鎢合金板厚度為0.4mm。
8.根據權利要求6所述的鋁鉭金屬復合材料的衛星有效載荷抗輻射裝置,其特征在于,所述軋制過程如下:
9.根據權利要求8所述的鋁鉭金屬復合材料的衛星有效載荷抗輻射裝置,其特征在于,所述熱處理后,還包括采用黑色陽極氧化表面處理工藝對鋁鉭復合層狀板的表面進行處理,以在表面形成氧化膜。