原子氧是LEO轨道空间环境中性大气最为丰富的元素,也是对轨道航天器影响最严重的因素之一。原子氧在太阳紫外短波辐射下产生,其碰撞几率极小,因此复合概率较小,占据了中性大气环境的80%左右;其化学性质活泼,相对飞行速度大,能量高。经过多次在轨飞行试验证明,原子氧对航天器表面材料有明显的剥蚀效应,暴露在航天器舱外的分系统在原子氧环境下效率显著下降,因此研究原子氧通量及其对材料的剥蚀具有较高的工程应用价值。本文在分析LEO轨道上原子氧产生的物理背景基础上,对航天器表面遭遇的原子氧通量水平及其对典型材料的剥蚀速率进行了仿真分析,给出了航天器不同飞行姿态不同方位处表面材料在不同太阳活动程度下的原子氧剥蚀情况。基于微量天平QCM的压电效应,设计并研制了能实时就位监测航天器表面原子氧通量及材料的剥蚀效应综合探测器。研究了不同工艺条件下晶片表面薄膜涂层的性能,并初步固化了晶片表面涂覆薄膜的相关工艺条件。对石英晶片表面涂覆的薄膜进行了纳米材料尺度的性能检测,包括厚度、表面形貌、力学性能、薄膜与基底的结合力等,以及涂覆薄膜在热交变和真空环境下薄膜的稳定性等性能。地面测试结果表明石英晶片表面涂覆薄膜性能稳定,能承受空间环境考核。最后在空间中心专用定标系统上进行了传感器表面感测质量能力的校准,结果表明传感器感测微小质量变化能实时反应到科学参数输出上。条件允许情况下将在地面原子氧模拟装置上进行传感器感测原子氧通量和材料剥蚀能力的标定。该探测器研制成功后将用于某型号舱外材料暴露装置中,作为其无源材料暴露装置的重要补充部分,可实时就位监测原子氧剥蚀效应。后续还可将该仪器进一步小型化设计,使其可灵活应用到LEO轨道航天器原子氧监测平台上。同时也可开展防护材料的原子氧效应研究,开展正在应用的防护材料和以后可能应用到的原子氧自愈型材料在轨试验研究,为我国航天器LEO轨道原子氧效应研究打下坚实的基础。