太陽帆是十分有利于深空探測的一種新型飛行器，帆面采用超輕薄的薄膜材料，提高飛行器的推進性能。帆面材料長期暴露在空間，由于長期受到空間粒子輻射環境的影響，性能發生退化影響在空間的應用。研究空間電子與薄膜相互作用的機理，分析電子沉積劑量，通過地面模擬不同劑量的空間電子輻照環境，對輻照后新型超薄帆面材料力學性能的研究，滿足太陽帆在空間應用要求。結果表明: 超薄聚酰亞胺薄膜材料，在厚度及輻照力學性能得到了較大的突破，但斷裂伸長率仍需提升，電子輻照后性能略有下降，耐輻照性能也需進一步提高。

引言

　　太陽帆航天器是利用太陽在大面積薄膜上的反射光壓提供航天器飛行動力的新型飛行器。其可以在太陽光壓作用下持續加速，十分有利于深空探測。太陽帆的結構質量要盡可能輕，即太陽帆面薄膜需采用超輕薄材料，才能最大程度提升太陽帆的推進性能。由于帆面薄膜材料長期暴露在空間中，受空間粒子輻射環境的影響性能發生退化，影響了太陽帆在空間運行的可靠性。

　　空間粒子輻射環境主要來自地球輻射帶、太陽宇宙射線、銀河宇宙射線等，其成分是質子、電子及少量重離子。電子作為主要成分，對材料的性能影響最顯著。針對8 μm 厚的新型超薄聚酰亞胺薄膜材料，研究電子與薄膜材料相互作用機理，進行了電子沉積劑量的分析，通過對地面模擬電子輻照實驗，研究材料力學性能變化的規律，確定薄膜材料能否滿足空間太陽帆應用需求。

電子輻照能量

　　電子與靶物質的相互作用主要有電離能量損失和輻射能量損失。入射電子穿過靶物質時，使靶原子電離和激發，將一部分能量轉移給核外電子，產生電離損失。電子質量輕，入射電子與靶原子核發生非彈性碰撞時，速度和方向會發生很大的改變，產生的電磁輻射稱為軔致輻射。

　　電子垂直入射到一定厚度的介質中時，與介質發生彈性碰撞、非彈性碰撞、散射等物理過程，逐漸將能量轉移給介質，沉積在介質中或穿透介質，電子在無限厚介質平板中的最大射程可由weber 的經驗由公式( 1) 表示為:

　　式中: Ee為電子能量; R 為入射電子在介質中的最大射程; α = 0. 55 g·cm - 2·MeV - 1 ; β = 0. 9841; γ =3 MeV - 1 ; ρ 表示材料的密度。

　　通過進一步分析，當電子能量為Ee = 20 keV時，超薄聚酰亞胺密度ρ = 1. 37 g /cm3，代入公式( 1) 計算得到電子最大射程R = 8 μm，此時入射電子基本都沉積在8 μm 厚的聚酰亞胺薄膜內。

結束語

　　(1) 空間電子輻射對超薄聚酰亞胺主要產生材料輻射總劑量效應。輻射環境下，聚酰亞胺的共價鍵( C - C 鍵和C - H 鍵) 被激發或被電離，產生不可逆的化學反應，其物理性能和化學性能都會發生退化，影響材料的性能和壽命;

　　(2) 超輕超薄材料是太陽帆表面薄膜未來的發展趨勢，新型聚酰亞胺薄膜在膜厚度上取得了突破，且輻照前材料的彈性模量和拉伸強度均滿足空間使用要求，但材料的斷裂伸長率有待提高，電子輻照后試樣力學性能有一定程度的下降，材料的抗輻照能力也需在現有基礎上進一步提升;

　　(3) 電子輻照聚酰亞胺薄膜會造成薄膜表面電子聚集，材料表面電位提高，對材料性能產生一定影響，另外電子輻照過程中的溫度效應并未考慮，應在以后開展進一步的研究。