空间飞行器姿态控制精度和机动能力的技术研究

离子注入的重点发展方向如下：高功率磁控激射辅助离子注入与沉积技术；激光表面微纳织构类金刚石碳膜固-液复合润滑技术；钛合金气瓶表面进行氮离子注入技术。

1）抗液氧环境钛合金气瓶表面离子注入技术研究

实现钛合金气瓶表面进行氮离子注入，研究离子注入过程中环境气氛对膜层的影响、耐液氧钛合金膜层成分设计、钛合金离子注入表面改性工艺、膜层耐液氧行为表征及机理研究，确保钛合金气瓶在液氧环境下不发生脆化和爆炸。该技术应用于重型运载3350助推煤油箱增压输送系统中冷氦钛合金气瓶，该气瓶放置于液氧箱内的增压方式，因此需对钛合金表面进行氮离子注入改性，提高气瓶的抗氧化能力，保证气瓶在液氧环境下的安全使用。

2）离子注入辅助高功率磁控溅射制备环境自适应性智能复合薄膜(www.xing528.com)

针对空间飞行器的姿态控制精度和机动能力的高要求，以离子注入辅助磁控溅射为主要技术手段，开展以多组元复合掺杂、固-液复合处理为主要技术途径的低环境敏感性自润滑涂层制备技术。对影响姿控飞轮轴系性能的关键问题进行研究，包括飞轮轴系润滑寿命、轴承临界性能、固体-油脂复合润滑技术理论研究及其在卫星飞轮轴承上的潜在应用等问题，以期获得长寿命、高性能和高可靠性的摩擦学系统，进而提高卫星寿命和控制精度。主要研究内容：离子注入辅助高功率磁控溅射装备的改进与工艺参数优化；多组元复合孪生靶材的设计及制备；低环境敏感性复合膜层的制备工艺研究及工艺优化；复合膜层固体-油脂复合润滑体系的低环境敏感性、自适应性及协同效应机理研究。该技术主要应用于卫星三轴稳定控制系统主要的执行部件飞轮，其性能对姿态控制系统具有决定性的影响。轴系是飞轮的关键支撑部件，其性能的优劣直接关系轮的运行状况，现阶段采用的单一油脂润滑技术存在的油脂挥发损失、飞轮在低速及过“零”等问题已成为限制型号发展的技术瓶颈之一，所以对轴承及其润滑问题的研究就变得十分紧迫。图3-36所示为PIIID-04型全方位离子注入与沉积设备。

图3-36　PIIID-04型全方位离子注入与沉积设备