航天应用案例

（一）火箭发动机热障涂层检测：

       在火箭发动机的制造和维护中，太赫兹技术可用于检测燃料和零件层之间的结合质量，防止因缺陷导致的发动机故障。

       火箭发动机中的燃料通常被包覆在一层抑制剂中，以防止燃料过快燃烧导致压力失控。太赫兹成像技术通常用于检测燃料与抑制剂之间的微小气泡缺陷，而这些缺陷在X射线成像中难以识别。

       例如，某项研究表明[1]，利用反射式的THz-TDS系统分别对火箭发动机涂层侵蚀前后的形貌表征进行检测，在0.32THz的频率下，成功表征了具有表面粗糙度的涂层的基本界面形貌，而且通过引入二次反射脉冲的展宽比，有可能评估涂层内部结构和孔隙率的演化趋势。由于其非破坏性、非接触性和非电离性的特点，太赫兹技术有望广泛用于预防和评估火箭发动机各种形式的故障。

图1 | 火箭发动机涂层侵蚀前后的形貌表征[1]（a）侵蚀前,（b）侵蚀后,（c）通过太赫兹时域光谱得到的侵蚀后界面形貌

（二）飞机夹层复合材料中的隐藏缺陷检测​：

       飞机夹层复合材料（如玻璃纤维增强聚合物，GFRP）因其卓越的机械性能和低介电损耗，被广泛应用于高性能军事装备中，如无人机、飞机雷达罩、整流罩等关键部件。为了确保这些材料的结构完整性和安全性，检测这些复合材料中的隐藏缺陷至关重要。

       这些缺陷包括分层、脱粘、基体开裂、芯材塌陷和吸湿等。由于机械和环境应力，这些缺陷可能在飞机服役期间出现，严重影响飞机的性能，甚至可能导致灾难性后果。使用太赫兹无损检测技术可以确保复合材料的质量和结构健全性。

       THz-TDS系统因其皮秒脉冲宽带，提供了良好的成像分辨率和丰富的时域信息，使其成为检测飞机夹层复合材料中各种隐藏缺陷的强有力工具。例如某研究[2]通过反射式成像模式，能够清晰地检测到不同深度处的脱粘、分层和多重分层缺陷，并结合高分辨率太赫兹C扫描和B扫描成像，在三维空间中获得缺陷的水平尺寸、位置、垂直深度和厚度。太赫兹技术能够在非破坏性的条件下有效检测出复合材料内部的各种缺陷，为材料的质量控制和维护提供了可靠的技术手段。

图2 | 飞机复合材料重建标本和缺陷的三维太赫兹图像[2]

（a）对应表面层之间的分层缺陷, （b）对应中间层的单一层的分层缺陷, （c）对应材料的深处（6-7层）的分层缺陷，（d）对应面板和芯材之间脱粘缺陷

   参考文献

[1] Ye D, Wang W, Huang J,et al. Nondestructive interface morphology characterization of thermal barrier coatings using Terahertz Time-Domain Spectroscopy[J]. Coatings, 2019, 9(2).

[2] Wang Q, Li X, Chang T, et al. Nondestructive imaging of hidden defects in aircraft sandwich composites using terahertz time-domain spectroscopy[J]. Infrared Physics & Technology, 2019, 1(13).

[3] Hosta, Nita M, Powaa D, et al. Terahertz radiation in non-destructive testing of composite pyrotechnic materials[J]. Composite Structures, 2021, 3(1).

（三）固体火箭燃料缺陷检测：

       在复合火箭推进剂中，主燃料表面通常涂有一层抑制剂吸附层，以保护燃料颗粒的特定表面不着火。这种吸附层的作用是防止火箭发动机中的燃料颗粒表面燃烧过大，从而避免导致压力不受控制地增加和潜在的损坏。同时固体火箭燃料在生产和使用过程中可能存在如气孔、裂纹、分层和不均匀性等问题，这些缺陷会导致燃烧不均匀，从而引发推力不稳定或发动机故障。

       因传统的X射线检测方法在识别抑制剂层和燃料之间的微小充气缺陷时存在困难，所以某实验研究人员采用太赫兹透射成像技术来实现对瑕疵的成像[3]。通过使用线性扫描仪（Linear 1024）和太赫兹源（Generator Sub-THz – IMPATT），并在样品上移动辐射源和扫描仪，发现其能够逐步生成高分辨率图像，以检测样品中的缺陷。不同于X射线检测技术，太赫兹技术完美展示了其在复合火箭燃料材料检测中的能力。

图2 | 带有抑制剂的燃料样品检测结果[3]

（a）带有大量小气泡的X射线图像, （b）带有大量小气泡的太赫兹图像