熱真空試驗

熱真空試驗，是裝有真實產品的航天器在真空和規定的温度循環條件下，驗證或檢查航天器產品功能、檢驗航天器製造工藝、發現航天器設備早期失效的熱真空試驗。 ^[2] 

在研製過程中，航天器都要進行熱真空試驗，在初樣研製階段要進行鑑定級熱真空試驗，對於發射的航天器，無論是第一次發射，還是重複性發射，每發都要進行驗收級熱真空試驗。

在熱真空試驗中，高温限與低温限的停留時間通常為8-12小時。

在熱真空試驗中，熱控分系統承擔的工作包括：

（1）航天器內温度數據的監視、分析與檢測。

（2）航天器內温度控制：航天器內温度達到高温限與低温限的控制，以及高温限與低温限的保持。採取的方法是：控制航天器散熱面的散熱能力；航天器內儀器工作與不工作；控温專用加熱器的通電與斷電；以及液體冷卻迴路降温等。 ^[2] 

（3）航天器外温度控制：航天器外表面温度控制，對於採用紅外籠模擬外熱流。通過改變黑片目標温度實現；對於採用康銅加熱片模擬外熱流，通過改變加在康銅加熱片上的加熱功率實現。

（4）航天器內儀器設備升降温速率與升降温時間的控制。 ^[2] 

（1）環境壓力：優於6.65×10^-3Pa。

（2）試驗温度：一般電子電器設備的鑑定級温度範圍為-35～65°C，驗收級試驗温度範圍為-25～60°C。

（3）循環次數：鑑定級試驗的循環次數要求至少9.5次，準鑑定級試驗的循環次數要求至少3.5次，驗收級試驗的循環次數要求至少3.5次。

（4）停留時間：極端高低温端停留時間至少6小時。 ^[3] 

（1）温度穩定性：温度變化保持在3°C，温度變化的速率不小於1°C/min。

（2）測温點：進行熱浸試驗時，温度係指機殼上或儀器板温度，且此測温點應遠離試驗設備的熱源處；進行冷浸試驗時，温度係指機殼上或儀器板的温度。 ^[3] 

（3）整個試驗過程中，產品通電工作並進行設備的性能監測或測試。當温度達到並穩定在極端低温時產品斷電，然後作冷啓動並作性能測試；當温度達到並穩定在極端高温時產品斷電，然後作熱啓動。試驗前後對單機進行全面性能測試並對比。 ^[3] 

（4）射頻單機應在設計頻率和最大功率下工作；機械運動部件在穩定的高低温端進行力和力矩設計餘量的測試。 ^[3] 

鑑定級熱真空試驗

其目的是驗證航天器在規定的壓力與鑑定級温度條件下是否滿足設計要求。温度條件的最高温度比最高預示温度高10°C，最低温度比最低預示温度低10°C。 ^[4] 

鑑定級試驗工況分為高温鑑定工況和低温鑑定工況。在高温鑑定工況中應使產品內每個温度控制區內至少有一個組件達到鑑定級最高温度，在低温鑑定工況中至少有一個組件達到鑑定級最低温度，並以此作為該控温區試驗温度的控制點，其他儀器允許不達到上、下限值。也可取產品內的某一參考點温度作為高、低温鑑定級工況的基準温度，並以此作為試驗温度的控制點。鑑定級最高温度等於最高預示温度（即熱控系統給出的儀器最高工作温度）加上環境設計餘量10°C；鑑定級最低温度等於最低預示温度（即熱控系統給出的儀器最低工作温度）加上環境設計餘量-10°C。 ^[3] 

驗收級熱真空試驗

其目的是在規定的壓力與驗收級温度條件下暴露材料和工藝缺陷。温度條件的最高(或最低)温度為最高(或最低)預示温度，温度循環次數至少4次。 ^[4] 

驗收級試驗工況也分為高温驗收工況和低温驗收工況。在高温驗收工況中應使產品內每個温度控制區內至少一個組件温度達到驗收級的最高温度，在低温驗收工況中至少要有一個組件達到驗收級最低温度，並以此作為該控温區的試驗温度控制點。驗收級最高温度等於最高預示温度；驗收級最低温度等於最低預示温度。允許根據實際温度值加設計餘量。 ^[3] 

真空環境模擬

航天器所處的環境真空度為13.3～13.3×10^-10毫帕（10^-4～10^-14毫米汞柱），從傳熱學的角度看，13.3毫帕的真空度已能滿足航天器熱物理性狀效應模擬的需要。為了節約試驗費用，熱真空試驗採用的真空度通常定為優於13.3毫帕。

為了考核和研究某些活動部件、伸展機構的幹摩擦、冷焊性能和研究材料在真空條件下的昇華、重量損失、老化等效應，需要在更高的真空度和其他空間環境因素的組合下進行試驗，這時可在中小型空間模擬器中獲得 13.3×10^-1～13.3×10^-10毫帕（10^-5～10^-14毫米汞柱）的真空度。

冷黑環境模擬

宇宙空間的熱背景温度為4K，吸收係數為1，相當於一個理想的黑體。在地面模擬這種熱沉效應時，通常採用液氮冷卻的黑輻射屏，屏的模擬温度低於100K，吸收係數大於0.9。當模擬室與航天器特徵尺寸比大於2∶1時，熱模擬誤差小於1%，這樣的誤差可以通過理論計算加以修正。對於遙感器的定標試驗，熱沉背景温度應低於20K。

太陽輻照環境模擬

太陽電磁輻射相當於一個6000K的黑體輻射，是航天器的主要外熱源。環地航天器在軌道上還受到地球反照和地球紅外輻射。太陽模擬器通常採用碳弧燈或高壓短弧氙燈作光源，配以離軸式、同軸式或發散式光學系統來造成一定的輻照強度、光譜、均勻性和準直角，以模擬太陽光的強度和能譜分佈。

由於太陽模擬器的製造和試驗耗費甚巨，對於大多數形狀不太複雜的航天器多采用熱通量模擬的方法來代替太陽模擬。所用的加熱器有紅外加熱器、石英燈陣、籠式電阻片、貼片式電阻加熱器、電熱管及其組合等形式。這種方法的缺點是不能模擬太陽光的能譜和準直度。對於形狀複雜的航天器和太陽電池翼、太陽敏感器、大型天線結構等特殊部件，仍然需要用太陽模擬器進行輻照試驗。

進行航天器熱真空試驗難度大，但這種試驗又非常必要。國外已經做到每顆發射航天器都必須做熱真空試驗。為了使航天器熱真空試驗能夠順利進行，應從以下三個方面進一步發展：

進行多種加熱手段的研究

進行航天器熱真空試驗時，航天器外部環境要靠非接觸式加熱器的輻射熱來提供，當然也包括使用太陽模擬器。由於航天器的升温和降温都有一定的速率要求，因此有些加熱器在某些熱真空試驗（如太陽電池板熱真空試驗）中還不宜採用，比如紅外加熱籠的熱慣性大，不僅升温速率受到影響，而且由於遮擋大，使航天器的降温速率也受到影響。基於這個原因，我們要加強紅外燈等加熱技術的應用。只有掌握了多種加熱手段和降低背景熱流方法，才能根據航天器熱真空試驗的需要選擇1種或幾種加熱裝置來完成試驗任務。 ^[5] 

提高空間外熱流和温度的自動控制水平

由於熱真空試驗過程中，極值温度和升、降温速率都有一定要求，因此必須提高空間外熱流和温度的自動控制水平。儘管目前程控電源已經相當普遍，但還應加強控制方法的研究，逐步實現通過調節紅外加熱器每個加熱區的輻射熱流和適當改變內部儀器的工作模式相結合來對航天器多個組件的温度進行自動控制。 ^[5] 

進行熱真空試驗方法研究

新研製的航天器不管進行哪種類型的熱真空試驗，我們都應該對如何做這些試驗的方法加以研究。比如試驗中温度控制區如何劃分，試驗温度和控制點的温度如何確定，以及如何實現這些區域的温度控制，熱平衡試驗與熱真空試驗如何緊密結合才更為合理、更節約經費等，是試驗中應該很好解決的重要問題。然而，解決這些問題的經驗還不夠豐富，有必要加強這些方面的研究工作。 ^[5] 

載人航天器熱真空試驗的特點

載人航天器保證航天員在軌道運行的熱真空環境條件下安全地生活與工作，並能順利地返回地面，其可靠性要求高於一般航天器，因此提出了新的熱真空試驗技術要求。 ^[4] 

載人航天器除了航天器上有的各種通用系統外，還有對航天員生活與工作的專用系統，環境條件要求更高、更復雜，在尺寸上比衞星要大得多，必須提出新的熱真空試驗技術與試驗方法。

航天員的艙外活動，直接暴露於熱真空環境中，對熱真空試驗具有更高的技術要求，更嚴格的試驗順序。

熱真空試驗項目

航天員及其裝備的熱真空試驗：①航天服的熱真空試驗；②着裝航天員工作能力的熱真空試驗③航天員艙內生命保障系統的熱真空試驗；④航天員艙內環境控制系統的熱真空試驗。

載人航天器的熱真空試驗：①大型組件的熱真空試驗；②分系統的熱真空試驗；③艙段的熱真空驗；④整體的熱真空試驗。 ^[4] 

航天員與載人航天器組合體的熱真空試驗：①航天員艙內操作的熱真空試驗；②航天員緊急救生的熱真空試驗；③艙外用航天服的熱真空試驗；④出入座艙的熱真空試驗；⑤航天員出艙適應性的熱真空試驗；⑥航天員使用艙外活動裝置的熱真空試驗；⑦航天員艙外生命保障系統的熱真空試驗。 ^[4] 

將來隨着載人航天技術的發展，航天員在太空中建造空間站系統、空間基地等長期活動，也要做相應的熱真空試驗項目。