题目：原子氧对航天器影响及其防护的若干重要问题研究

原子氧是低地球轨道环境大气的主要成分，也是低地球轨道环境中对航天器影响最为严重的环境因素之一。为了保证航天器的安全运行，对原子氧的作用效果必须做出有效评估；另外对于受原子氧侵蚀严重的材料，必须采取相应的措施来提高其抗原子氧剥蚀性能。本文采用实验与理论分析相结合的方法，开展了原子氧对航天器影响及其防护的若干重要问题的研究，研究工作主要包括以下五个方面：（1）综述了空间环境中原子氧对航天器材料的影响，主要包括聚合物、复合材料、无机材料、热控材料、黏合剂和密封材料等，并对国内外各种原子氧防护技术进行了总结和比较。（2）对两类常用的、重要的原子氧效应地面模拟设备进行了实验对比研究，重点研究了多极磁场约束灯丝放电等离子体型和ECR微波等离子体型原子氧效应地面模拟设备的工作原理和运行特性，并将这两种设备得到的试验结果与国外空间飞行试验的结果进行了比较和分析，得出了很有意义的研究结果。（3）开展了在材料表面磁控溅射沉积无机氧化物涂层来提高其抗原子氧剥蚀性能的研究。对磁控溅射的工艺进行了优化，克服了一般无机涂层容易产生裂纹的缺点。在地面模拟设备中进行了大通量的原子氧效应试验。对试验前后样品的质量、表面形貌、表面成分和光学性质的变化进行了研究，并分析了涂层厚度对材料抗原子氧剥蚀性能的影响规律。试验结果表明，沉积涂层后材料的抗原子氧剥蚀性能显著提高。（4）首次进行了将石墨烯用于提高材料抗原子氧剥蚀性能的研究，即在聚合物中添加石墨烯制得聚合物基纳米复合材料和将石墨烯薄膜沉积在材料表面形成防护涂层。开展了石墨烯纳米复合材料和石墨烯薄膜的制备研究，并对制得的两种材料进行了原子氧效应地面模拟试验。通过分析试验前后试样质量、表面形貌和表面成分等方面的变化，以及石墨烯添加量或石墨烯薄膜厚度对材料抗原子氧剥蚀性能的影响规律，对这两种方法的抗原子氧剥蚀机理进行了研究和比较。（5）总结了原子氧通量的计算方法，并根据现有国内外空间飞行试验和地面模拟试验的原子氧剥蚀数据和厚度损失数据，采用插值、多项式拟合、自然增长曲线拟合和指数曲线拟合等几种方法，拟合出了能够反映材料厚度损失规律的变化曲线。结合不同条件下航天器表面的原子氧通量计算结果，可以实现航天器材料原子氧设计寿命的预示。本文的研究结果可以为航天器的原子氧效应设计提供参考数据，还能够直接为航天器的材料选择提供设计指导。因此，本文的研究工作对我国航天工程的原子氧效应设计具有一定的理论指导意义和较强的工程应用价值。