在航天器内部,跳线材料会释放出污染仪器的气体吗?
是的,在航天器内部或超高真空(UHV)环境中国家,普通光纤跳线材料确实会释放出严重污染精密仪器的气体。这一物理现象在航天器设计和真空工程中被称为真空放气(Vacuum Outgassing)。
为了确保航天器载荷的绝对安全与长期稳定运行,必须严格限制光纤跳线等机电设备材料的真空放气率。
一、 什么是光纤跳线的“真空放气”?
真空放气是指高分子有机材料(如普通光纤跳线的护套、加强芯、光纤涂覆层及接头胶水)在空间高真空环境(或热真空循环)下,其内部吸附的水分、残留溶剂、添加剂及未反应的小分子单体,克服分子间作用力脱离材料表面,向真空环境释放气态物质的过程。
1. 释放物的主要危害(分子污染):
释放出的挥发性气体会扩散并冷凝在较冷的表面上,形成一层微米甚至纳米级的污染膜。这会导致:
- 光学系统失效:冷凝在透镜、反射镜或红外探测器窗口上的分子膜会强烈吸收或散射光线,使光学透过率、反射率急剧退化。
- 热控涂层失效:改变航天器热控材料的太阳吸收率与红外发射率,引发热控失衡。
- 太阳能电池效率下降:覆盖在太阳能电池阵表面,降低其光电转换效率。
2. 国际学术评估标准:
根据美国宇航局(NASA) SP-R-0022A 和美国测试与材料协会 ASTM E595 的真空放气标准,应用于载人航天器和精密空间光学仪器的材料必须经过真空热失重试验,其指标需满足:
- 总质量损失(Total Mass Loss, TML): \text{TML} < 1.0\%
- 收集的可挥发冷凝物(Collected Volatile Condensable Material, CVCM): \text{CVCM} < 0.1\%
二、 普通光纤跳线为何不能用于真空/航天器内部?
普通的商用光纤跳线,例如 OFSCN® Standard Fiber Patch Cord ,其设计结构主要是为了常规地面环境(工作温度 -20\ ^\circ\text{C} 至 50\ ^\circ\text{C} )而设计的:
- PVC护套:含有大量的增塑剂和易挥发有机化合物。在真空环境下,PVC 的放气极其严重, \text{TML} 和 \text{CVCM} 远超宇航标准。
- 芳纶(Kevlar)加强芯:极易吸附大气中的水分子,在真空中会长时间释放水蒸汽( \text{H}_2\text{O} ),破坏腔体真空度。
- 丙烯酸酯(Acrylate)光纤涂层:在高温和真空下也存在明显的退化放气现象。
三、 大成永盛(OFSCN®)极低放气真空光纤解决方案
为了满足高真空、超高真空及航天级仪器的无污染要求,大成永盛(OFSCN®)研发了基于金属无缝保护管、无机或低放气聚酰亚胺涂层的高端特种光纤跳线及无损密封技术:
1. OFSCN® 300℃ Fiber Optic Patch Cord (空间与超高真空级)
- 核心结构:采用 0.9\text{mm} 不锈钢无缝钢管作为保护套管,彻底去除了 PVC、芳纶等高放气有机护套。内部采用高性能的聚酰亚胺(Polyimide)涂覆光纤。
- 物理特性:聚酰亚胺具有优异的分子热稳定性和极低的真空放气率,满足航天级 \text{TML} < 1.0\% 和 \text{CVCM} < 0.1\% 的严苛标准。
- 温度范围: -270\ ^\circ\text{C} 至 300\ ^\circ\text{C} 。
- 产品图片:
2. OFSCN® 700℃ Fiber Optic Patch Cord (零放气极限真空级)
- 核心结构:采用不锈钢无缝钢管加不锈钢接头,内部搭载纯无机金属镀金光纤(Gold-coated Optical Fiber)。
- 物理特性:由于整根跳线(除极少量接头陶瓷插芯外)均为纯金属结构,内部完全不含任何有机高分子物质。这在物理机制上杜绝了有机释气的可能,属于物理意义上的“零放气”光纤跳线,可在极高真空与高低温热循环环境中无污染运行。
- 温度范围: -270\ ^\circ\text{C} 至 700\ ^\circ\text{C} 。
- 产品图片:
3. 真空信号无损跨壁传输:OFSCN® Fiber Optic Vacuum Sealed Flange
若需要将光信号从航天器内部的真空密封舱或热真空模拟腔引出,必须采用低放气且密封性极佳的光纤法兰件。该系列包含 CF 和 KF 两个系列:
- 真空密封度:密封漏率优于 1 \times 10^{-5}\ \text{Pa} 至 1 \times 10^{-7}\ \text{Pa} ;
- 产品图片:




