mems在航天航空领域的应用

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1、《MEMS在航天航空领域中的应用与发展趋势》9MEMS在航天航空领域中的应用与发展趋势摘要：简述了MEMS概念和特点，分析MEMS技术在航天、航空领域的优势及其技术发展情况，选取MEMS技术在微纳卫星领域的应用及航空领域监测器和相应的应用传感器作了一定的介绍，预测了MEMS技术的发展趋势。关键词：MEMS、航空航天、传感器、微纳卫星、应用、发展趋势1引言微机电系统（MEMS）一般是指1μm～100μm的微米系统，或者说轮廓尺寸在毫米级，组成元件尺寸在微米数量级的系统。MEMS技术特点可由3个M概括：即小尺寸（miniaturization）、多样化（multiplic

2、ity）、微电子（microelectronics）。MEMS技术的出现开辟了技术的一个全新领域和产业，它具有许多传统传感器无法比拟的优点，在航空、航天、汽车、军事等众多领域中都有着十分广阔的应用前景，MEMS技术将成为提高军事能力的重要技术途径。2研究现状MEMS是关系到国家科技发展、国防安全和经济繁荣的一项关键技术。我国MEMS的研究始于20世纪80年代末，在“八五”、“九五”期间得到国家科技部、教育部、中国科学院、国家自然科学基金委和原国防科工委的支持。清华大学、北京大学、上海交通大学、中国科学院上海冶金所等几十所高校和研究所于20世纪90年代开始了微机电系统的

3、研究；国家自然科学基金委组织的立项起步于1989年，中国科学院于1991年确立重点研究项目；1993年和1994年，原国家基金委、国家科委先后确定MEMS为重点项目和重大项目；自1993年底起，国防科工委投入数千万元用于“九五”器件微型机械的研究工作，并且建立了两个微加工基地和一个项目研究中心。此后，国家基金委又确立了若干微机电系统的基础研究项目，国家科技部组织了集成微光机电系统重大基础研究项目。2009年以来，国家加速启动“核高基”（核心电子器件、高端通用芯片和基础软件领域）重大科技专项，旨在集中优势资源，持续创新，力争在上述领域取得突破，掌握一批核心技术，拥有一批

4、自主知识产权。91技术内涵1.1MEMS定义微机电系统是指微型的器件或器件组合，是一个把电子功能与机械和光学或其他功能相结合的综合集成系统。MEMS主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分，它是在融合多种微细加工技术，并应用微电子技术和最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。MEMS是微电子技术的拓宽和延伸，它将微电子技术和精密机械加工技术相互融合，实现了微电子与机械融为一体的系统。MEMS在不同的国家其名称也有所不同，在日本称为微机械（Micromachine），在欧洲称为微系统技术MST（MicrosystemsTechnology），在

5、英国称微工程（Micro-engineering）。1.2MEMS特点MEMS的基本特点：●MEMS器件体积小、重量轻、耗能低、惯性小、谐振频率高、响应时间短；●以硅为主要材料，机械电气性能优良，硅的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似于铝，热传导率接近钼和钨；●用硅微加工工艺在一片硅片上同时可制造出成百上千个微型机电装置或完整的MEMS，批量生产可大大降低生产成本；●集成化性能优越，能在极小的空间里实现多种功能，可以把不同功能、不同敏感方向的多个传感器或执行器集成于一体，形成微传感器阵列、微执行器阵列，甚至把多种功能的器件集成在一起，形成复杂的微系统；●多学科交叉

6、，MEMS涉及电子、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学和生物等学科，并集约了当今科学发展的许多尖端成果。1.3MEMS传感器在航空航天领域的工作环境及种类微机电技术在航空领域最常见的应用则是各种传感器，它们具有不同的特点，适应在不同的场合。因此需要介绍传感器的工作环境和常见种类。1.3.1航空航天MEMS传感器的工作环境9主要是指飞机、卫星、飞船各类飞行器以及火箭在外层空间飞行时所处的环境条件。它可分为自然环境和诱导环境，自然环境包括失重和各种空间环境。诱导环境是指航天器某些系统工作时或在空间环境作用下产生的环境。例如，轨道控制推力器点火和太阳电池翼伸展引起

7、的振动、冲击环境，航天器上的磁性材料和电流回路在空间磁场中运动产生的感应磁场，航天器上有机材料逸出物沉积在其他部位造成的分子污染等。空间环境是空间飞行的基本环境条件，对航天器的运动和各系统的工作有显著影响。空间环境包括:真空、电磁辐射、高能粒子辐射、等离子体、微流星体、行星大气、磁场和引力场等。根据空间存在的物质、辐射和力场的时空分布特性，太阳系内的空间环境大致可分为行星际空间环境、地球空间环境和其他行星空间环境。1.1.1航空航天MEMS传感器种类简单地说，航空航天传感器主要有状态传感器，环境传感器之分，前者包括各种活动机件的即时位置传感器，如襟，