《航天艙外暴露材料紫外光電子發(fā)射產(chǎn)額測(cè)試方法編制說(shuō)明》

CSTM團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《航天艙外暴露材料紫外光電?發(fā)射產(chǎn)額測(cè)試

?法》

編制說(shuō)明

（立項(xiàng)階段□征詢(xún)意見(jiàn)階段□審定階段□報(bào)批階段□）

1、目的意義

航天器在軌運(yùn)行面臨著電磁輻射、原子氧等復(fù)雜空間環(huán)境因素，直接影響著

航天器的運(yùn)行可靠性。近年來(lái)，在軌運(yùn)行的航天器由于空間環(huán)境引起的故障事件

多次發(fā)生，并且隨著電子器件的集成度越來(lái)越高，在提高系統(tǒng)性能的同時(shí)對(duì)空間

環(huán)境也越來(lái)越敏感。據(jù)NASA的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，空間環(huán)境導(dǎo)致的航天器故障中，

充放電效應(yīng)的占比超過(guò)一半。

航天器表面材料受到空間粒子的作用時(shí)，會(huì)發(fā)生表面放電現(xiàn)象；當(dāng)電荷積累

超過(guò)一定的閾值時(shí)，會(huì)發(fā)生電暈和擊穿等介質(zhì)深層放電現(xiàn)象，造成材料的損壞和

老化。高能的電磁脈沖信號(hào)會(huì)通過(guò)回路耦合到電子系統(tǒng)中，影響電子設(shè)備的穩(wěn)定

運(yùn)行，從而威脅航天器的壽命。太陽(yáng)輻射中的紫外波段由于單個(gè)光子的能量較高，

會(huì)造成更加嚴(yán)重的充放電。

航天器外露金屬材料的光電子發(fā)射產(chǎn)額是影響航天器充放電的關(guān)鍵因素之

一，也為材料光電效應(yīng)的研究有用信息。精確表征航天器材料的光電子發(fā)射產(chǎn)額

對(duì)空間技術(shù)的發(fā)展尤為重要，對(duì)航天器材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。

法國(guó)巴黎第六大學(xué)固體物理實(shí)驗(yàn)室、歐洲航天局、日本東京都市大學(xué)等科研

機(jī)構(gòu)對(duì)紫外光電子發(fā)射系數(shù)進(jìn)行了大量的研究與實(shí)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)以西安交通大學(xué)、中

科院半導(dǎo)體研究所對(duì)紫外光電子發(fā)射系數(shù)進(jìn)行了測(cè)試研究，并承擔(dān)了相關(guān)的研究

課題，研制了測(cè)試裝置，積累了大量的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)。但國(guó)內(nèi)外目前均沒(méi)有關(guān)于紫外

光電子發(fā)射產(chǎn)額測(cè)試方法的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

本標(biāo)準(zhǔn)使用的測(cè)試儀器可以通過(guò)測(cè)控軟件連續(xù)驅(qū)動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)中的單色儀對(duì)

氘燈發(fā)出的光進(jìn)行不同波長(zhǎng)下的單色光分光，單色光經(jīng)分光鏡作用分解為透射光

和反射光兩路光路。反射光路為參考光路，配合裝配有水樣酸鈉波長(zhǎng)轉(zhuǎn)移片的光

電倍增管用于測(cè)量光電流信號(hào)；分光鏡透射光進(jìn)入真空系統(tǒng)中的分析室，配合光

子計(jì)數(shù)器和中心通孔式微通道板用于測(cè)量光電子電壓信號(hào)。測(cè)控軟件驅(qū)動(dòng)光子計(jì)

數(shù)器進(jìn)行兩路信號(hào)的實(shí)時(shí)采集，并返還測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行產(chǎn)額譜曲線(xiàn)的實(shí)時(shí)計(jì)算與

繪制，并可進(jìn)行數(shù)據(jù)的保存。同時(shí)該儀器還配有標(biāo)準(zhǔn)的紫外探測(cè)器用于對(duì)光電倍

增管進(jìn)行校準(zhǔn)標(biāo)定。

2、預(yù)期的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益

社會(huì)效益：

（1）更安全可靠的航天艙外暴露材料將有助于提高航天器在軌安全性和可

靠性，提高宇航員的安全性，保護(hù)宇航員和地面人員的生命安全。

（2）在未來(lái)探索更遠(yuǎn)的宇宙和開(kāi)展更復(fù)雜的航天任務(wù)時(shí)，材料的可靠性和

性能變得更為重要，標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試方法的頒布將有助于推動(dòng)航天技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)

人類(lèi)探索宇宙的進(jìn)程。

（3）提高航天艙外暴露材料的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)還可能對(duì)其他領(lǐng)域的材料科學(xué)和工

程研究產(chǎn)生積極的影響，為其他行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步做出貢獻(xiàn)。

經(jīng)濟(jì)效益：

（1）提高航天艙外暴露材料測(cè)試的精確性和標(biāo)準(zhǔn)化程度，有助于提高航天

艙外暴露材料質(zhì)量，減少可能出現(xiàn)的故障和事故，從而降低相關(guān)事故的經(jīng)濟(jì)成本。

（2）產(chǎn)生更準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果可以幫助航天企業(yè)優(yōu)化材料使用和設(shè)計(jì)，提高

工程效率，減少資源浪費(fèi)，降低成本。

（3）進(jìn)一步發(fā)展和改進(jìn)航天艙外暴露材料技術(shù)，刺激相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，帶

動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈上的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，從而促進(jìn)創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)活力。

航天艙外暴露材料紫外光電?發(fā)射產(chǎn)額測(cè)試?法團(tuán)隊(duì)標(biāo)準(zhǔn)頒布的執(zhí)行將推

動(dòng)產(chǎn)業(yè)界的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品質(zhì)量提升，推動(dòng)學(xué)術(shù)界的科學(xué)研究與學(xué)術(shù)合作，同時(shí)

有助于政府管理的有效監(jiān)管和政策制定。

3、工作簡(jiǎn)況

本標(biāo)準(zhǔn)來(lái)自于中國(guó)材料與試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)航天艙外暴露材料標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域

委員會(huì)（CSTM/FC57）標(biāo)準(zhǔn)編制計(jì)劃。西安交通大學(xué)牽頭起草。編制時(shí)間為2023

年6月至2023年12月。標(biāo)準(zhǔn)的編寫(xiě)格式符合GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1

部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的要求。

本項(xiàng)目的計(jì)劃要求為：2023年9月30日前完成征求意見(jiàn)稿；2023年11月30日

前完成送審稿；2023年12月31日前完成報(bào)批稿。

項(xiàng)目立項(xiàng)后，由西安交通大學(xué)成立了作為主要承辦單位，北京衛(wèi)星環(huán)境工程

研究所、中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所、中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究

所、廣州禾信儀器股份有限公司、西北大學(xué)、中國(guó)空間技術(shù)研究院成立了編制組。

項(xiàng)目組成員包括技術(shù)人員和標(biāo)準(zhǔn)化專(zhuān)業(yè)人員。

a）立項(xiàng)階段：2023年5月，西安交通大學(xué)牽頭，北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所、

中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所、中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所、廣州

禾信儀器股份有限公司、西北大學(xué)、中國(guó)空間技術(shù)研究院等對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)必要性

等進(jìn)行研究和調(diào)研，基于國(guó)內(nèi)的航天艙外暴露材料研制和評(píng)價(jià)需要，達(dá)成了開(kāi)展

標(biāo)準(zhǔn)申請(qǐng)立項(xiàng)的共識(shí)，并向CSTM/FC57遞交了標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)申請(qǐng)。2023年8月23日，中

國(guó)材料與試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)航天艙外暴露材料標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域委員會(huì)（CSTM/FC57）

在北京召開(kāi)了《航天艙外暴露材料紫外光電子發(fā)射產(chǎn)額測(cè)試方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的立

項(xiàng)評(píng)估會(huì)，會(huì)議通過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)評(píng)估。

b）征求意見(jiàn)階段：征求意見(jiàn)公告，征求意見(jiàn)形式并簡(jiǎn)要描述。詳見(jiàn)征求意

見(jiàn)處理表；

c）審定階段：審定會(huì)記錄；

d）報(bào)批階段：審定后的修改完善；

本文件由編制組人員完成了標(biāo)準(zhǔn)編制以及編制說(shuō)明的編寫(xiě)，分工見(jiàn)表1。

表1編制組人員分工

序

姓名單位任務(wù)分工備注

號(hào)

1.陳玉西安交通大學(xué)總體技術(shù)及協(xié)調(diào)

2.毛佳樂(lè)西安交通大學(xué)標(biāo)準(zhǔn)編制

3.王雙西安交通大學(xué)標(biāo)準(zhǔn)編制

4.劉鑫西安交通大學(xué)標(biāo)準(zhǔn)編制

5.白潔西安交通大學(xué)標(biāo)準(zhǔn)編制

6.侯瀟涵西安交通大學(xué)標(biāo)準(zhǔn)編制

7.李昌熹西安交通大學(xué)標(biāo)準(zhǔn)編制

序

姓名單位任務(wù)分工備注

號(hào)

8.郭雅麗西安交通大學(xué)標(biāo)準(zhǔn)編制

9.于錢(qián)北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所標(biāo)準(zhǔn)編制

10.劉術(shù)林中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所標(biāo)準(zhǔn)編制

黃煜中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物

11.標(biāo)準(zhǔn)編制

理研究所

12.黃正旭廣州禾信儀器股份有限公司標(biāo)準(zhǔn)編制

13.羅耀德廣州禾信儀器股份有限公司標(biāo)準(zhǔn)編制

14.張敏西北大學(xué)標(biāo)準(zhǔn)編制

15.高鴻中國(guó)空間技術(shù)研究院標(biāo)準(zhǔn)編制

4、標(biāo)準(zhǔn)編制的原則

（1）制修訂標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)或理由

準(zhǔn)確獲知一些常見(jiàn)航天器表面材料的紫外光電子發(fā)射系數(shù)，對(duì)航天器在軌運(yùn)

行時(shí)的表面電位進(jìn)行判斷，是保障航天器在軌安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵所在。航天艙

外暴露材料紫外光電子發(fā)射產(chǎn)額測(cè)試方法團(tuán)隊(duì)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂是基于科技進(jìn)步、實(shí)

驗(yàn)數(shù)據(jù)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)等多方面的依據(jù)和理由，并參照GB/T1.1《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第

1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》等相關(guān)規(guī)定編寫(xiě)。

（2）制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則

a)一致性：本標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)過(guò)程中通過(guò)培訓(xùn)團(tuán)隊(duì)成員、編寫(xiě)詳細(xì)的測(cè)試流程和文

件、定期審查等方式確保一致性。

b)系統(tǒng)性：本標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)過(guò)程中確保每個(gè)環(huán)節(jié)的一致性、協(xié)調(diào)性和可靠性。

c)規(guī)范性：本標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)過(guò)程中嚴(yán)格遵守GB/T1.1《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：

標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

d)普適性：本標(biāo)準(zhǔn)在不同時(shí)間、不同地點(diǎn)和不同團(tuán)隊(duì)之間都能適用，確保測(cè)

試結(jié)果的準(zhǔn)確性、可重復(fù)性和可比性，適用于各種航天艙外暴露材料的測(cè)試。

e)適用性：本標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)過(guò)程中，以國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)作為參考，用于規(guī)范航天

艙外暴露材料紫外光電子發(fā)射產(chǎn)額測(cè)試的通用要求。

f)先進(jìn)性：本標(biāo)準(zhǔn)是在對(duì)我國(guó)主要航天艙外暴露材料紫外光電子產(chǎn)額測(cè)試裝

置使用單位和開(kāi)發(fā)單位廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，深入分析了國(guó)內(nèi)外相關(guān)單位裝置現(xiàn)

狀、性能要求和測(cè)試結(jié)果，結(jié)合我國(guó)首套紫外光電子發(fā)射產(chǎn)額譜儀的基礎(chǔ)上編寫(xiě)

而成的，具有較高的先進(jìn)性。

5、確定標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容的依據(jù)

（1）試驗(yàn)方法類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)

（a）采用此試驗(yàn)方法對(duì)不用來(lái)源樣品進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果

采用本標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法在金試樣和鋁試樣進(jìn)行了測(cè)試，并得到測(cè)試結(jié)果。

（b）采用此試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)在具有資質(zhì)認(rèn)定許可技術(shù)能力的實(shí)驗(yàn)室主導(dǎo)下的

多家對(duì)比結(jié)果

隸屬于歐洲航天局的B.Feuerbacher與B.Fitton進(jìn)行了在玻璃和普通噴砂

上以蒸發(fā)薄膜的方式存在的金材料和鋁材料的光電子產(chǎn)額譜測(cè)試，日本東京都市

大學(xué)的K.Nomura對(duì)金材料和鋁材料進(jìn)行了光電子產(chǎn)額譜曲線(xiàn)的測(cè)量。國(guó)內(nèi)西安

交通大學(xué)楊燕對(duì)金材料進(jìn)行了光電子產(chǎn)額測(cè)試。

不確定度評(píng)定：

對(duì)于不確定度的來(lái)源進(jìn)行分析，應(yīng)從測(cè)量?jī)x器、測(cè)量環(huán)境、測(cè)量人員、測(cè)量

方法等方面進(jìn)行全面考慮。

6、主要試驗(yàn)或驗(yàn)證結(jié)果

金材料試樣是采用鍍膜機(jī)對(duì)直徑為25.4mm硅圓片的拋光面鍍金而制成的。

鋁材料試樣是純度為99.99%，直徑為25.4mm，厚度為2.5mm的圓片。使用本標(biāo)

測(cè)試結(jié)果為：

(a)金材料(b)鋁材料

圖1實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖

由于所測(cè)量材料的光電子發(fā)射產(chǎn)額譜曲線(xiàn)，與材料表面的粗糙程度，氧化程

度，清潔程度，制備方式，測(cè)試環(huán)境等因素有關(guān)，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)室間都無(wú)法保證進(jìn)

行實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)試條件的一致性，所以測(cè)量結(jié)果往往會(huì)存在一定的差距，從而無(wú)法提

供標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)以供參考。但是測(cè)試結(jié)果的范圍與趨勢(shì)是可供參考和比較的。同時(shí)，

所測(cè)量的金材料與鋁材料的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)額譜曲線(xiàn)與文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，測(cè)量結(jié)果范圍

與趨勢(shì)皆基本一致，可以證明標(biāo)準(zhǔn)中技術(shù)參數(shù)的合理性。

7、與國(guó)際、國(guó)外同類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)水平的對(duì)比情況

無(wú)。

8、與有關(guān)的現(xiàn)行法律、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系

本標(biāo)準(zhǔn)遵守現(xiàn)行法律、法規(guī)要求，無(wú)沖突內(nèi)容。本標(biāo)準(zhǔn)與上級(jí)政府法令、有

關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)保持一致。

9、知識(shí)產(chǎn)權(quán)情況說(shuō)明

無(wú)。

10、重大分歧意見(jiàn)的處理經(jīng)過(guò)和依據(jù)

無(wú)。

11、貫徹標(biāo)準(zhǔn)的要求和措施建議

建議發(fā)布即實(shí)施。

建議以宣講會(huì)、研討會(huì)等形式在從事航天艙外暴露材料紫外光電子發(fā)射產(chǎn)額

測(cè)試相關(guān)的高校、研究所和企業(yè)推廣，在全國(guó)范圍內(nèi)形成數(shù)據(jù)互認(rèn)。

12、替代或廢止現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建議

無(wú)。

13、其它應(yīng)予說(shuō)明的事項(xiàng)

無(wú)。

14、編制說(shuō)明附件