《航天舱外暴露材料紫外光电子发射产额测试方法编制说明》

CSTM团体标准《航天舱外暴露材料紫外光电⼦发射产额测试

⽅法》

编制说明

（立项阶段□征询意见阶段□审定阶段□报批阶段□）

1、目的意义

航天器在轨运行面临着电磁辐射、原子氧等复杂空间环境因素，直接影响着

航天器的运行可靠性。近年来，在轨运行的航天器由于空间环境引起的故障事件

多次发生，并且随着电子器件的集成度越来越高，在提高系统性能的同时对空间

环境也越来越敏感。据NASA的统计数据显示，空间环境导致的航天器故障中，

充放电效应的占比超过一半。

航天器表面材料受到空间粒子的作用时，会发生表面放电现象；当电荷积累

超过一定的阈值时，会发生电晕和击穿等介质深层放电现象，造成材料的损坏和

老化。高能的电磁脉冲信号会通过回路耦合到电子系统中，影响电子设备的稳定

运行，从而威胁航天器的寿命。太阳辐射中的紫外波段由于单个光子的能量较高，

会造成更加严重的充放电。

航天器外露金属材料的光电子发射产额是影响航天器充放电的关键因素之

一，也为材料光电效应的研究有用信息。精确表征航天器材料的光电子发射产额

对空间技术的发展尤为重要，对航天器材料选择和结构设计具有指导意义。

法国巴黎第六大学固体物理实验室、欧洲航天局、日本东京都市大学等科研

机构对紫外光电子发射系数进行了大量的研究与实验，国内以西安交通大学、中

科院半导体研究所对紫外光电子发射系数进行了测试研究，并承担了相关的研究

课题，研制了测试装置，积累了大量的测试经验。但国内外目前均没有关于紫外

光电子发射产额测试方法的相关标准。

本标准使用的测试仪器可以通过测控软件连续驱动光学系统中的单色仪对

氘灯发出的光进行不同波长下的单色光分光，单色光经分光镜作用分解为透射光

和反射光两路光路。反射光路为参考光路，配合装配有水样酸钠波长转移片的光

电倍增管用于测量光电流信号；分光镜透射光进入真空系统中的分析室，配合光

子计数器和中心通孔式微通道板用于测量光电子电压信号。测控软件驱动光子计

数器进行两路信号的实时采集，并返还测量数据，进行产额谱曲线的实时计算与

绘制，并可进行数据的保存。同时该仪器还配有标准的紫外探测器用于对光电倍

增管进行校准标定。

2、预期的社会效益、经济效益

社会效益：

（1）更安全可靠的航天舱外暴露材料将有助于提高航天器在轨安全性和可

靠性，提高宇航员的安全性，保护宇航员和地面人员的生命安全。

（2）在未来探索更远的宇宙和开展更复杂的航天任务时，材料的可靠性和

性能变得更为重要，标准化测试方法的颁布将有助于推动航天技术的发展，推动

人类探索宇宙的进程。

（3）提高航天舱外暴露材料的测试标准还可能对其他领域的材料科学和工

程研究产生积极的影响，为其他行业的发展和进步做出贡献。

经济效益：

（1）提高航天舱外暴露材料测试的精确性和标准化程度，有助于提高航天

舱外暴露材料质量，减少可能出现的故障和事故，从而降低相关事故的经济成本。

（2）产生更准确的测试结果可以帮助航天企业优化材料使用和设计，提高

工程效率，减少资源浪费，降低成本。

（3）进一步发展和改进航天舱外暴露材料技术，刺激相关产业的发展，带

动相关产业链上的经济增长，从而促进创新和经济活力。

航天舱外暴露材料紫外光电⼦发射产额测试⽅法团队标准颁布的执行将推

动产业界的技术创新和产品质量提升，推动学术界的科学研究与学术合作，同时

有助于政府管理的有效监管和政策制定。

3、工作简况

本标准来自于中国材料与试验标准化委员会航天舱外暴露材料标准化领域

委员会（CSTM/FC57）标准编制计划。西安交通大学牵头起草。编制时间为2023

年6月至2023年12月。标准的编写格式符合GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1

部分：标准化文件的结构和起草规则》的要求。

本项目的计划要求为：2023年9月30日前完成征求意见稿；2023年11月30日

前完成送审稿；2023年12月31日前完成报批稿。

项目立项后，由西安交通大学成立了作为主要承办单位，北京卫星环境工程

研究所、中国科学院高能物理研究所、中国科学院长春光学精密机械与物理研究

所、广州禾信仪器股份有限公司、西北大学、中国空间技术研究院成立了编制组。

项目组成员包括技术人员和标准化专业人员。

a）立项阶段：2023年5月，西安交通大学牵头，北京卫星环境工程研究所、

中国科学院高能物理研究所、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所、广州

禾信仪器股份有限公司、西北大学、中国空间技术研究院等对标准的立项必要性

等进行研究和调研，基于国内的航天舱外暴露材料研制和评价需要，达成了开展

标准申请立项的共识，并向CSTM/FC57递交了标准立项申请。2023年8月23日，中

国材料与试验标准化委员会航天舱外暴露材料标准化领域委员会（CSTM/FC57）

在北京召开了《航天舱外暴露材料紫外光电子发射产额测试方法》团体标准的立

项评估会，会议通过了标准的立项评估。

b）征求意见阶段：征求意见公告，征求意见形式并简要描述。详见征求意

见处理表；

c）审定阶段：审定会记录；

d）报批阶段：审定后的修改完善；

本文件由编制组人员完成了标准编制以及编制说明的编写，分工见表1。

表1编制组人员分工

序

姓名单位任务分工备注

号

1.陈玉西安交通大学总体技术及协调

2.毛佳乐西安交通大学标准编制

3.王双西安交通大学标准编制

4.刘鑫西安交通大学标准编制

5.白洁西安交通大学标准编制

6.侯潇涵西安交通大学标准编制

7.李昌熹西安交通大学标准编制

序

姓名单位任务分工备注

号

8.郭雅丽西安交通大学标准编制

9.于钱北京卫星环境工程研究所标准编制

10.刘术林中国科学院高能物理研究所标准编制

黄煜中国科学院长春光学精密机械与物

11.标准编制

理研究所

12.黄正旭广州禾信仪器股份有限公司标准编制

13.罗耀德广州禾信仪器股份有限公司标准编制

14.张敏西北大学标准编制

15.高鸿中国空间技术研究院标准编制

4、标准编制的原则

（1）制修订标准的依据或理由

准确获知一些常见航天器表面材料的紫外光电子发射系数，对航天器在轨运

行时的表面电位进行判断，是保障航天器在轨安全稳定运行的关键所在。航天舱

外暴露材料紫外光电子发射产额测试方法团队标准的制修订是基于科技进步、实

验数据、国际标准等多方面的依据和理由，并参照GB/T1.1《标准化工作导则第

1部分：标准化文件的结构和起草规则》等相关规定编写。

（2）制修订标准的原则

a)一致性：本标准编写过程中通过培训团队成员、编写详细的测试流程和文

件、定期审查等方式确保一致性。

b)系统性：本标准编写过程中确保每个环节的一致性、协调性和可靠性。

c)规范性：本标准编写过程中严格遵守GB/T1.1《标准化工作导则第1部分：

标准化文件的结构和起草规则》等相关标准。

d)普适性：本标准在不同时间、不同地点和不同团队之间都能适用，确保测

试结果的准确性、可重复性和可比性，适用于各种航天舱外暴露材料的测试。

e)适用性：本标准编写过程中，以国内外相关标准作为参考，用于规范航天

舱外暴露材料紫外光电子发射产额测试的通用要求。

f)先进性：本标准是在对我国主要航天舱外暴露材料紫外光电子产额测试装

置使用单位和开发单位广泛调研的基础上，深入分析了国内外相关单位装置现

状、性能要求和测试结果，结合我国首套紫外光电子发射产额谱仪的基础上编写

而成的，具有较高的先进性。

5、确定标准主要技术内容的依据

（1）试验方法类标准

（a）采用此试验方法对不用来源样品进行测试的结果

采用本标准的试验方法在金试样和铝试样进行了测试，并得到测试结果。

（b）采用此试验方法标准在具有资质认定许可技术能力的实验室主导下的

多家对比结果

隶属于欧洲航天局的B.Feuerbacher与B.Fitton进行了在玻璃和普通喷砂

上以蒸发薄膜的方式存在的金材料和铝材料的光电子产额谱测试，日本东京都市

大学的K.Nomura对金材料和铝材料进行了光电子产额谱曲线的测量。国内西安

交通大学杨燕对金材料进行了光电子产额测试。

不确定度评定：

对于不确定度的来源进行分析，应从测量仪器、测量环境、测量人员、测量

方法等方面进行全面考虑。

6、主要试验或验证结果

金材料试样是采用镀膜机对直径为25.4mm硅圆片的抛光面镀金而制成的。

铝材料试样是纯度为99.99%，直径为25.4mm，厚度为2.5mm的圆片。使用本标

测试结果为：

(a)金材料(b)铝材料

图1实验结果对比图

由于所测量材料的光电子发射产额谱曲线，与材料表面的粗糙程度，氧化程

度，清洁程度，制备方式，测试环境等因素有关，每一个实验室间都无法保证进

行实验时测试条件的一致性，所以测量结果往往会存在一定的差距，从而无法提

供标准数据以供参考。但是测试结果的范围与趋势是可供参考和比较的。同时，

所测量的金材料与铝材料的实验产额谱曲线与文献实验数据对比，测量结果范围

与趋势皆基本一致，可以证明标准中技术参数的合理性。

7、与国际、国外同类标准水平的对比情况

无。

8、与有关的现行法律、法规和标准的关系

本标准遵守现行法律、法规要求，无冲突内容。本标准与上级政府法令、有

关的国家标准保持一致。

9、知识产权情况说明

无。

10、重大分歧意见的处理经过和依据

无。

11、贯彻标准的要求和措施建议

建议发布即实施。

建议以宣讲会、研讨会等形式在从事航天舱外暴露材料紫外光电子发射产额

测试相关的高校、研究所和企业推广，在全国范围内形成数据互认。

12、替代或废止现行相关标准的建议

无。

13、其它应予说明的事项

无。

14、编制说明附件