航天模拟舱真空环境控制系统设计(3)
③ 测量装置；各种类型真空测量仪器。
④ 其他元件；真空管道、阀门、捕集器、法兰、接头、波纹管、贮气罐、除尘器、继电器等。
根据不同的工艺需要，采用不同的上述各种真空元件，组成具体实用的真空系统。
1.1 空间真空环境模拟设备概述
航天器在具有无限容积、真空、低温、太阳辐射 、各种带电粒子等特性的空间环境中飞行。其中,真空环境对飞行器运行及材料的影响与大气中不同。主要表现为:真空中的材料会加速升华,造成质量损失；材料在真空中没有气体保护层 ,并可以失去氧化膜,使材料的光学特性改变,以至活动部件之间的磨损增大,甚至出现冷焊现象；真空中的仪器设备产生的热量不易传走,可能使局部温度升高,影响仪器正常工作；材料长期处于真空中,由于气体脱附及易挥发物质的损失,材料的热性能及电性能将发生改变。除此之外,飞行器在空间飞行,还要受到太阳辐射、各种带电粒子及温度的影响。这些因素将造成航天器材料性能改变,使材料损伤、仪器失灵,破坏飞行器工作,以至造成人身伤亡。为此,必须建立与空间环境相似的模拟设备,使飞行器上天之前通过地面模拟试验,消除隐患,以确保飞行时的可靠性。
1.1.1 中国现有的空间环境模拟设备
为适应航天器发展,中国相继研制了各类环境模拟设备近百台,使中国空间环境模拟设备从无到有、初具规模,基本上满足了各种航天器及其零部件在各种不同空间环境条件下对试验的要求。
按照用途,这类设备可分为:
(1) 大型空间环境热真空模拟设备(真空容器直径在2～12m范围内),主要提供航天器整体实验,以检验航天器热设计、温控和整体功能等是否满足设计要求；
(2) 组件热真空实验设备,主要对航天器组件、分系统等仪器设备在空间真空和热环境下进行性能实验和可靠性实验,它一般应具有10-3～10-5Pa压力和-196～100℃连续可调冷热环境,在特殊情况下,要求5×10-8Pa以上清洁超高真空和-196～150℃的冷热环境；
(3) 空间运动部件的地磁和辐照环境模拟设备,主要包括展开、运动部件冷焊和摩擦试验、空间带电、辐照和地磁亚暴环境及剩磁环境设备；
(4) 空间环境专用设备,是根据空间真空环境下不同物理过程而设计的专项实验设备,包括离子火箭性能试验、空间光学仪器和组件试验、宇航员试验舱、红外定标和红外辐射等方面的设备。
1.1.2 真空获得设备
中国已研制成功了从低真空(105～102Pa)的往复式真空泵、液环真空泵、水环 - 大气真空泵到中高真空 (10-1～10-5Pa)的蒸汽流泵(油增压泵、油扩散泵)以及超高真空(<10-5 Pa)的分子泵、气体捕集真空泵( 钛泵、溅射离子泵 、低温泵) 等系列产品,满足了不同真空度的需要。在旋片式真空泵中(105～10-2Pa),2X型系列真空泵得到了广泛使用。直联高速旋片式真空泵是在旋片式机械真空泵的基础上经过结构、材料和制造工艺上重大改革后产生的一种新型泵种。它具有体积小、质量轻、振动小、噪声低等特点,特别适用于安装在精密仪器真空设备上。罗茨真空泵在很大的压力范围内(103～1Pa),具有很大的抽速(30～20000L/s),能迅速排出突然放出的气体,弥补了油扩散泵与油封机械泵在该压力范围内抽速小的缺陷,最适合作为增压泵用,广泛用于空间模拟、低密度风洞等真空装置中抽除非腐蚀性气体。金属油扩散泵在工作压力范围为 10-2～10-6Pa内具有很大的抽速(十至十几万L/s) ,对各种气体无选择性,结构简单,没有机械运动,操作简单,便于文护等优点,是获得高真空或超高真空的重要设备,广泛应用于空间模拟装置领域。中国在直腔油扩散泵的基础上发展的凸腔油扩散泵,其抽速比直腔扩散泵增加 30%左右,技术性能先进,被广泛采用。涡轮分子泵工作压力范围为 10～10-8Pa,抽速一般在500L/s,先进的泵甚至可以获得10-9Pa的极高真空。这种泵的抽速范围很宽,在9个数量级间具有恒定的抽速,适合于在清洁的高真空和超高真空仪器、设备上使用。低温泵用低温介质将抽气面冷却到20K以下,使抽气面能大量冷凝沸点温度比该抽气面温度高的气体,从而产生很大的抽气作用。小型制冷机低温泵是目前比较理想的清洁超高真空泵,广泛用于薄膜制备、微电子学技术、高能物理、小型环模设备以及其他各个领域。此外,为解决各类真空装置中配置真空抽气机组的需要,中国还研制生产了水环 - 大气真空机组、罗茨泵真空机组、油扩散泵真空机组、溅射离子泵真空机组、涡轮分子泵真空机组等从低真空到高真空的各类真空机组。