mems在航天航空領(lǐng)域的應(yīng)用

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1、《MEMS在航天航空領(lǐng)域中的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)》9MEMS在航天航空領(lǐng)域中的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)摘要：簡(jiǎn)述了MEMS概念和特點(diǎn)，分析MEMS技術(shù)在航天、航空領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)及其技術(shù)發(fā)展情況，選取MEMS技術(shù)在微納衛(wèi)星領(lǐng)域的應(yīng)用及航空領(lǐng)域監(jiān)測(cè)器和相應(yīng)的應(yīng)用傳感器作了一定的介紹，預(yù)測(cè)了MEMS技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：MEMS、航空航天、傳感器、微納衛(wèi)星、應(yīng)用、發(fā)展趨勢(shì)1引言微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）一般是指1μm～100μm的微米系統(tǒng)，或者說(shuō)輪廓尺寸在毫米級(jí)，組成元件尺寸在微米數(shù)量級(jí)的系統(tǒng)。MEMS技術(shù)特點(diǎn)可由3個(gè)M概括：即小尺寸（miniaturization）、多樣化（multiplic

2、ity）、微電子（microelectronics）。MEMS技術(shù)的出現(xiàn)開(kāi)辟了技術(shù)的一個(gè)全新領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)，它具有許多傳統(tǒng)傳感器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，在航空、航天、汽車(chē)、軍事等眾多領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)用前景，MEMS技術(shù)將成為提高軍事能力的重要技術(shù)途徑。2研究現(xiàn)狀MEMS是關(guān)系到國(guó)家科技發(fā)展、國(guó)防安全和經(jīng)濟(jì)繁榮的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。我國(guó)MEMS的研究始于20世紀(jì)80年代末，在“八五”、“九五”期間得到國(guó)家科技部、教育部、中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家自然科學(xué)基金委和原國(guó)防科工委的支持。清華大學(xué)、北京大學(xué)、上海交通大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院上海冶金所等幾十所高校和研究所于20世紀(jì)90年代開(kāi)始了微機(jī)電系統(tǒng)的

3、研究；國(guó)家自然科學(xué)基金委組織的立項(xiàng)起步于1989年，中國(guó)科學(xué)院于1991年確立重點(diǎn)研究項(xiàng)目；1993年和1994年，原國(guó)家基金委、國(guó)家科委先后確定MEMS為重點(diǎn)項(xiàng)目和重大項(xiàng)目；自1993年底起，國(guó)防科工委投入數(shù)千萬(wàn)元用于“九五”器件微型機(jī)械的研究工作，并且建立了兩個(gè)微加工基地和一個(gè)項(xiàng)目研究中心。此后，國(guó)家基金委又確立了若干微機(jī)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究項(xiàng)目，國(guó)家科技部組織了集成微光機(jī)電系統(tǒng)重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目。2009年以來(lái)，國(guó)家加速啟動(dòng)“核高基”（核心電子器件、高端通用芯片和基礎(chǔ)軟件領(lǐng)域）重大科技專項(xiàng)，旨在集中優(yōu)勢(shì)資源，持續(xù)創(chuàng)新，力爭(zhēng)在上述領(lǐng)域取得突破，掌握一批核心技術(shù)，擁有一批

4、自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。91技術(shù)內(nèi)涵1.1MEMS定義微機(jī)電系統(tǒng)是指微型的器件或器件組合，是一個(gè)把電子功能與機(jī)械和光學(xué)或其他功能相結(jié)合的綜合集成系統(tǒng)。MEMS主要包括微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器和相應(yīng)的處理電路等幾部分，它是在融合多種微細(xì)加工技術(shù)，并應(yīng)用微電子技術(shù)和最新成果的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的高科技前沿學(xué)科。MEMS是微電子技術(shù)的拓寬和延伸，它將微電子技術(shù)和精密機(jī)械加工技術(shù)相互融合，實(shí)現(xiàn)了微電子與機(jī)械融為一體的系統(tǒng)。MEMS在不同的國(guó)家其名稱也有所不同，在日本稱為微機(jī)械（Micromachine），在歐洲稱為微系統(tǒng)技術(shù)MST（MicrosystemsTechnology），在

5、英國(guó)稱微工程（Micro-engineering）。1.2MEMS特點(diǎn)MEMS的基本特點(diǎn)：●MEMS器件體積小、重量輕、耗能低、慣性小、諧振頻率高、響應(yīng)時(shí)間短；●以硅為主要材料，機(jī)械電氣性能優(yōu)良，硅的強(qiáng)度、硬度和楊氏模量與鐵相當(dāng)，密度類似于鋁，熱傳導(dǎo)率接近鉬和鎢；●用硅微加工工藝在一片硅片上同時(shí)可制造出成百上千個(gè)微型機(jī)電裝置或完整的MEMS，批量生產(chǎn)可大大降低生產(chǎn)成本；●集成化性能優(yōu)越，能在極小的空間里實(shí)現(xiàn)多種功能，可以把不同功能、不同敏感方向的多個(gè)傳感器或執(zhí)行器集成于一體，形成微傳感器陣列、微執(zhí)行器陣列，甚至把多種功能的器件集成在一起，形成復(fù)雜的微系統(tǒng)；●多學(xué)科交叉

6、，MEMS涉及電子、機(jī)械、材料、制造、信息與自動(dòng)控制、物理、化學(xué)和生物等學(xué)科，并集約了當(dāng)今科學(xué)發(fā)展的許多尖端成果。1.3MEMS傳感器在航空航天領(lǐng)域的工作環(huán)境及種類微機(jī)電技術(shù)在航空領(lǐng)域最常見(jiàn)的應(yīng)用則是各種傳感器，它們具有不同的特點(diǎn)，適應(yīng)在不同的場(chǎng)合。因此需要介紹傳感器的工作環(huán)境和常見(jiàn)種類。1.3.1航空航天MEMS傳感器的工作環(huán)境9主要是指飛機(jī)、衛(wèi)星、飛船各類飛行器以及火箭在外層空間飛行時(shí)所處的環(huán)境條件。它可分為自然環(huán)境和誘導(dǎo)環(huán)境，自然環(huán)境包括失重和各種空間環(huán)境。誘導(dǎo)環(huán)境是指航天器某些系統(tǒng)工作時(shí)或在空間環(huán)境作用下產(chǎn)生的環(huán)境。例如，軌道控制推力器點(diǎn)火和太陽(yáng)電池翼伸展引起

7、的振動(dòng)、沖擊環(huán)境，航天器上的磁性材料和電流回路在空間磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)，航天器上有機(jī)材料逸出物沉積在其他部位造成的分子污染等?？臻g環(huán)境是空間飛行的基本環(huán)境條件，對(duì)航天器的運(yùn)動(dòng)和各系統(tǒng)的工作有顯著影響?？臻g環(huán)境包括:真空、電磁輻射、高能粒子輻射、等離子體、微流星體、行星大氣、磁場(chǎng)和引力場(chǎng)等。根據(jù)空間存在的物質(zhì)、輻射和力場(chǎng)的時(shí)空分布特性，太陽(yáng)系內(nèi)的空間環(huán)境大致可分為行星際空間環(huán)境、地球空間環(huán)境和其他行星空間環(huán)境。1.1.1航空航天MEMS傳感器種類簡(jiǎn)單地說(shuō)，航空航天傳感器主要有狀態(tài)傳感器，環(huán)境傳感器之分，前者包括各種活動(dòng)機(jī)件的即時(shí)位置傳感器，如襟，