外太空環(huán)境試驗艙

主要技術(shù)指標

(1) 極限真空度：優(yōu)于1×10^﹣8Pa

(2) 工作真空度：優(yōu)于1.3×10^﹣7Pa。

(3) 溫度范圍：﹣190℃~200℃。

(4) 溫度精度：±0.5℃

(5) 熱沉溫度：≤100K

(6) 熱沉溫度均勻度：≤±5℃

(7) 熱沉內壁涂黑漆，熱沉對太陽(yáng)光的吸收率≥0.95半球向發(fā)射率≥0.90，外表面裝有防輻射屏。

(8) 紅外加熱熱流密度100W/m²~1800W/m²。

(9) 具有真空度及溫度測量功能。

浩瀚無(wú)垠的太空對人類(lèi)來(lái)說(shuō)既熟悉又陌生。熟悉，是因為載人航天活動(dòng)已經(jīng)開(kāi)展了幾十年，人進(jìn)入太空已有數百次了；陌生，是因為太空環(huán)境如此復雜，以至于每次載人航天活動(dòng)，仍充滿(mǎn)著(zhù)無(wú)數變數和巨大風(fēng)險。面對復雜多變的載人航天環(huán)境，航天員只有在地面作好充分試驗和訓練準備，才能圓滿(mǎn)完成載人航天飛行任務(wù)。地面試驗和訓練離不開(kāi)模擬技術(shù)、模擬設備。要了解模擬技術(shù)和模擬設備，首先要認識載人航天環(huán)境。

1，真空環(huán)境及模

在載人航天器所處的 500 千米軌道高度上，空間真空度為 10-6 帕左右；在 1 000千米的軌道高度上，空間真空度為 10-8 帕左右。

在進(jìn)行航天器和艙外航天服空間環(huán)境熱模擬試驗（主要是熱真空試驗和熱平衡試驗）時(shí)，關(guān)注的問(wèn)題主要是真空環(huán)境對試件熱特性的影響。真空度達到 10-2 帕以上時(shí)，輻射傳熱已經(jīng)成為主要的傳熱形式，對流和傳導傳熱的效應已經(jīng)可以忽略。因此，空間模擬設備模擬的真空度達到 10-3 帕數量級，已經(jīng)能夠較為真實(shí)地模擬航天器飛行軌道真空環(huán)境的熱交換效應，不必追求更高的真空度。只有一些特殊的試驗，如真空干摩擦和冷焊試驗等，才需要提供更高真空度的試驗設備。

2，太陽(yáng)輻照環(huán)境及模擬

太陽(yáng)每時(shí)每刻都在向宇宙空間輻射巨大的能量，太陽(yáng)光的波長(cháng)覆蓋從 10-14 米（γ 射線(xiàn)）到 104 米（無(wú)線(xiàn)電波）的寬闊區域，不同波長(cháng)的太陽(yáng)光，輻射的能量也不同?？梢?jiàn)光輻射的能量，可見(jiàn)光和紅外光的輻射能量占太陽(yáng)總輻射能量的90%以上。

在軌道飛行中，航天器和艙外航天服主要接受三部分輻射能量：來(lái)自太陽(yáng)可見(jiàn)光和紅外輻射的能量、地球反射太陽(yáng)輻射的能量和地球大氣的熱輻射能量。航天器和艙外航天服吸收的這些能量影響其溫度及分布，吸收能量的大小取決于其結構外形、表面材料特性和飛行軌道。波長(cháng)小于 300 納米的紫外線(xiàn)，輻射能量雖然只占太陽(yáng)總輻射能量的極小部分，但會(huì )使材料表面的光學(xué)性能發(fā)生很大的變化。紫外輻射效應主要表現為光化學(xué)效應和光量子作用。
太陽(yáng)輻射模擬試驗可以模擬太陽(yáng)輻射環(huán)境對航天器和艙外航天服產(chǎn)生的太陽(yáng)光 譜熱效應和太陽(yáng)光譜光化學(xué)效應。如果僅模擬熱效應，則稱(chēng)為空間外熱流模擬。模擬空間外熱流有兩種方法，一類(lèi)是入射流模擬法,也稱(chēng)為太陽(yáng)模擬法；另一類(lèi)是吸收熱流模擬法，又稱(chēng)紅外模擬法。一般外形和表面材料形狀復雜的試件，宜采用太陽(yáng)模擬法；外形規則，表面材料形狀單一的試件，則可采用紅外模擬法。如果需要模擬紫外輻照環(huán)境的光化學(xué)效應，可利用紫外輻照模擬器進(jìn)行。

3，空間冷黑環(huán)境及模擬

宇宙空間冷黑環(huán)境的等效溫度約為 3K，熱吸收率為 1，可以看作是沒(méi)有熱輻射和熱反射的理想黑體。當沒(méi)有太陽(yáng)輻照時(shí)，宇宙空間是一個(gè)“冷"和“黑"的空間。在這個(gè)冷黑環(huán)境中，物體發(fā)出的所有熱能被吸收，因此也被稱(chēng)為熱沉環(huán)境。冷黑環(huán)境對航天器和艙外航天服的熱性能有極大的影響，研制航天器和艙外航天服，必須在模擬的冷黑環(huán)境中進(jìn)行充分的熱真空和熱平衡試驗，驗證其熱設計和熱性能是否滿(mǎn)足要求。

為了模擬空間冷黑環(huán)境，通常使用鋁、銅或不銹鋼材料制成的構件，將其內表面涂上高吸收率的特制黑漆，并將液氮通入構件內部，這種裝置稱(chēng)為熱沉。目前， 世界各航天國家均采用這種以液氮作冷源的熱沉來(lái)模擬空間冷黑環(huán)境，因為熱分析理論計算和試驗數據分析表明，用 77K 液氮溫度和吸收率為 0.9 以上的熱沉來(lái)模擬空間冷黑環(huán)境，模擬誤差僅為 1%左右，能夠滿(mǎn)足冷黑環(huán)境模擬試驗的要求。另外，追求更低的溫度是不必要的，而且會(huì )大大增加技術(shù)難度和模擬設備的投資。

一﹑設備成型及技術(shù)指標

1.設備名稱(chēng)：真空環(huán)境箱一套

2.設備用途

真空環(huán)境試驗箱Thermal Vacuum Test Chamber主要用對空間飛行器的組件、單機等產(chǎn)品，在熱真空環(huán)境模擬設備內進(jìn)行熱真空（高溫和低溫）環(huán)境聯(lián)合作用下, 作性能檢驗和可靠性試驗。

3.真空環(huán)境試驗箱組成

真空環(huán)境試驗箱備由真空容器、真空抽氣系統、熱沉、紅外加熱籠、電氣控制及環(huán)境參數檢測系統等組成。

4. 主要技術(shù)參數

4.1 .真空容器

真空容器為臥式圓筒結構，一端為開(kāi)啟大門(mén)。容器有效尺寸：φ2000×2500mm。(直邊長(cháng)度為 2500mm)，

4.1.1 .真空抽氣系統：

真空抽氣系統分為分子泵機組、粗抽泵為油泵以及閥門(mén)、管道等配套件組成。

4.1.2、常溫時(shí)空載極限壓力: ≤6.7×10-5Pa(需烘烤)

4.1.3、低溫空載極限壓力（≤100K 時(shí)）: ≤2.0×10-5Pa。(需烘烤)

4.1.4 、工作真空度: （產(chǎn)品為航空插件） ≤5.0×10-5Pa; (需烘烤)

4.1.5 .抽氣時(shí)間：30min~1h

4.1.5.1 .常溫空載；熱沉表面溫度:5.0×10-3Pa，從預抽開(kāi)始≤20min；

4.1.5.2 .常溫空載；熱沉表面溫度:5.0×10-4Pa，從預抽開(kāi)始≤30min；

4.2 .熱沉：

4.2.1 .有效尺寸φ450×900mm(直邊長(cháng)度)，

4.2.2 .熱沉表面溫度: ≤200K

4.2.3 .均勻性：±5℃

4.3.1.表面溫度≤+200℃，控溫精度，±3℃

4.4 .試件溫度范圍；極限溫度-120℃～+200℃。

4.4.1.控制精度；誤差≤±1℃，

4.4.2 .升溫速率；≥2℃/min，

4.4.3 .降溫速率；≥2℃/min；

4.6 .低溫系統:機械制冷+液氮系統。

4.7 .設備無(wú)間斷工作時(shí)間；360天以上。

4.8 .設備單獨接地；接地電阻不大于 2Ω。

4.9 .試驗箱側面留有電源法蘭，針數≥55 芯，滿(mǎn)足 1000V 耐壓 5mA 漏電流要求。

5. 系統配置與方案說(shuō)明；

5.1 .真空容器

真空容器為臥式圓筒結構，一端為開(kāi)啟大門(mén)，一端為蝶形封頭，真空容器和封頭采用 0Cr18Ni9(304)不銹鋼制作,底座采用碳鋼制作,焊接采用內環(huán)縫氬弧焊。主罐體內做高低溫真空環(huán)境模擬 0 罐體制作關(guān)鍵工序控制：

a. 門(mén)法蘭整體熱處理，消除應力；

b. 制造現場(chǎng)焊縫著(zhù)色探傷，再氦質(zhì)譜檢漏，總體漏率為≤1×10-6Pa.L/S；

c．罐體內壁拋光，粗糙度為 0.8~1.6。發(fā)黑處理。

d.漏率≤1×10-6PaL/S。檢漏設備；氦質(zhì)譜檢漏儀檢漏。

5.1.1.真空室材料規定

a. 材料：采用 0Cr18Ni9 不銹鋼板圈制，采用 0Cr18Ni9 不銹鋼碟形封頭

b. 參考文件：

5.1.2、主罐體內部；

容器內部下半部約 45°位置，焊有主熱沉安裝導軌。

主熱沉內部下半部約 45°位置，安裝有紅外加熱籠安裝導軌。

容器大門(mén)封頭和底部封頭上下，焊有安裝大門(mén)和底部熱沉的安裝吊塊。容器設照明燈一個(gè)。

熱沉系統

熱沉制作關(guān)鍵工序的控制：

a. 紫銅管在焊接前進(jìn)行 20kg 耐壓強度測試保壓 10 分鐘及退火處理。

b. 所有不銹鋼管材 100%進(jìn)行探傷篩選。對支管與翅片焊接后每一根進(jìn)行99%氦法質(zhì)譜檢漏，漏率≤5×10-7Pa.L/S，滿(mǎn)足漏率后再進(jìn)行總裝（焊接），

c. 焊接完成后將藥粉清洗表面再進(jìn)行氦質(zhì)譜檢漏，漏率≤5×10-7Pa.L/S。

d. 漏率合格后再進(jìn)行高低溫沖擊試驗三次（高溫 150℃。低溫 200K），再次進(jìn)行氦質(zhì)譜檢漏，漏率≤5×10-6Pa.L/S。

主熱沉

主熱沉是該設備提供低溫環(huán)境的主要部件?？商峁?/span>≤200K 的低溫。主熱沉為筒式盤(pán)管結構。為滿(mǎn)足溫度均勻度內管管路分二路進(jìn)出液。

主熱沉由 2mm 厚紫銅板為主體材料，有效尺寸為φ450×900mm(直邊長(cháng)度)。主熱沉外側焊有φ14×1.5mm 的紫銅管。連接方式為銀焊焊接。

主熱沉固定在外部的不銹鋼框架上，框架外還包裹著(zhù) 0.5mm 厚的不銹鋼鏡面板進(jìn)行隔熱屏蔽?？煞乐乖陂L(cháng)時(shí)間低溫情況下容器外壁凝水或凝露發(fā)生。

主熱沉與框架間用聚四氟乙烯進(jìn)行隔熱，以減少主熱沉的冷量的損失。熱沉內側安裝有紅外加熱籠的安裝導軌。外出側安裝有固定腳，用于進(jìn)入真空容器后固定。我方提供的設備是全新的，未使用過(guò)的，技術(shù)是的且成熟可靠的，采用的是滿(mǎn)足試驗要求的材料和的工藝，并在各方面符合國家基本招標技術(shù)文件規定的質(zhì)量、規格和性能要求；并提供出廠(chǎng)合格證等質(zhì)量證明文件；我方在設備出廠(chǎng)前一個(gè)月提供出廠(chǎng)檢驗項目、指標、測試程序和檢驗方法，供買(mǎi)方參考，買(mǎi)方可根據需要進(jìn)行補充和修改，經(jīng)雙方確認后形成驗收文件作為驗收依據。并提供設備安裝、調試、使用、維修所必需的技術(shù)文件(復印件)一份；設備加工制造完成后，我方組織設備聯(lián)合調試，買(mǎi)方派相關(guān)人員到我方生產(chǎn)基地進(jìn)行出廠(chǎng)驗收和免費的技術(shù)培訓。我方對整個(gè)項目的軟件、硬件培訓均制定有培訓方案、計劃， 并且提供完整的培訓資料與培訓證明。按照合同規定的設備清單進(jìn)行設備數量清點(diǎn)及外觀(guān)檢查，并對每一類(lèi)產(chǎn)品的數量、型號和原產(chǎn)地進(jìn)行核對，同時(shí)檢查產(chǎn)品的合格證書(shū)及其他相關(guān)質(zhì)量證書(shū)。依據合同規定的技術(shù)條件、國家相關(guān)標準要求及驗收依據，對各分系統的功能和主要技術(shù)指標進(jìn)行初步驗收，合格后發(fā)往買(mǎi)方現場(chǎng)；

結構的重要特征

（1）箱體結構：一體式結構，真空系統、制冷系統放置于同一個(gè)框架。圓柱形的外殼可以很好滿(mǎn)足真空承壓的要求，由不銹鋼AISI304L采用無(wú)縫焊接工藝完成。外表面采用高質(zhì)量的噴砂處理，滿(mǎn)足美觀(guān)及長(cháng)期使用需要。

（2）大門(mén)：外部噴砂、內部有熱沉滿(mǎn)足均勻性的需求，配有輪鎖和氟橡膠O型墊圈。

（3）門(mén)的開(kāi)啟方式：機械合頁(yè)保證密封，特殊設計輕松開(kāi)啟。

（4）熱沉結構：特殊的鉚焊技術(shù)將兩塊不銹鋼金屬薄板（AISI 304 L）焊接起來(lái)，內部有供溫度調節流體循環(huán)的空間。這種技術(shù)可以得到很好的溫度均勻性，因為溫度調節流體覆蓋了整個(gè)熱沉的表面。

（5）真空系統：國際品牌，包括一個(gè)真空度可達到10-2torr的雙極旋片泵，一個(gè)氦氣低溫泵，泵組的排氣加裝排氣過(guò)濾器，能很好的回收油污，防止污染環(huán)境。泵組的吸氣連接到氦氣低溫泵，通過(guò)閘板閥連接到測試箱體。一個(gè)壓力儀表系統由模擬或數字顯示每個(gè)壓力，來(lái)檢查每個(gè)閥的正確運轉（打開(kāi)和關(guān)閉）。