大型空间环境模拟器真空系统配置策略研究

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1、大型空间环境模拟器真空系统配置策略研究1．概述大型空间环境模拟设备主要用于整星级或飞船级等航天器地面热平衡，热真空测试试验，验证航天器结构设计、温控设计的正确性及其对太空环境的正确性。真空环境模拟10-2～10-6Pa：真空泵组、真空阀门、真空测量仪器、其余气体分析仪器等；冷黑环境模拟：热沉，液氮、气氮系统。混合工质制冷。复制冷等。目前世界上有几十台大型空间环境模拟试验设备，分布在美国航空航天局（NASA）、俄罗斯、欧洲空间局、中国、日本、以满足大型应用卫星及载人航天器空间环境试验的需要。国外大型空间环境模拟试验设备NASAGRCSPFSPF空间

2、环境模拟设备容器尺寸，直径30.5m，高37.2m，体积为22653m3，安装有活动热沉，低温可至110K，最终真空度可达到1×10-4Pa。NASAJSCChamberAØ真空系统原配置为18套35英寸扩散泵；Ø为了适应韦伯太空望远镜的试验需求，对真空系统进行了适应性改造，改造后的真空配置为12套48英寸的低温泵，并配备6套14英寸分子泵；Ø改造后的分子泵可以在更高压力下启动，分子泵和低温泵前级采用原扩散泵前级泵进行抽气，但在前级泵加装液氮挡板防止返油；Ø改造后的真空系统可实现1.5×10-2Pa的常温极限真空度，在热沉通液氮的状态下真空度优于

3、2.5×10-5Pa，启动液氦热沉后最终极限真空度优于3.0×10-6Pa；ESAESTECLSSØ真空系统采用全无油真空系统配置；Ø粗抽机组包括3套罗茨粗抽机组，每套抽速为20000m3/h；Ø底真空系统配备4套抽速为8000m3/h的涡轮分子泵和2套抽速为48m3/s的屏蔽低温泵；Ø真空系统可在2小时30分钟内将容器抽至100Pa以下，6小时内抽至5Pa以下，12小时内抽至7×10-2Pa以下，18小时内抽至10-4Pa以下，极限真空度优于7×10-5Pa；ØLSS空间环境模拟设备是欧洲最大的单体真空容器，真空容器形式为卧式的结构；ØLSS真

4、空容器有效尺寸：直径10m，高15m，容积2300m3；Ø容器的温度范围为100K～353K；国内大型空间环境模拟试验设备KM6空间环境模拟器（1998年）ØKM6空间环境模拟设备是中国为载人航天建造的基础设施，由主模拟室、辅助模拟室、副模拟室三舱组合、丁字形结构；Ø设备试验有效空间，主模拟室直径10.5m，高16.9m，辅助模拟室为直径6.8m，长9m，副模拟室为直径4.2m，长9m；Ø主辅容器的容积3200m3，极限真空度达到4.5×10-6Pa，热沉温度低于100KØ粗抽真空系统由4套抽速为5000L/s的罗茨机械机组及配套的液氮冷阱等设备

5、，可在3.5h内将容器抽至1Pa以下；Ø高真空系统由容器采用8套自研氦制冷机低温泵组成，每套抽速可达50000L/s，可在启动高真空抽气后3.5h内将容器真空度降至3×10-5Pa以下；Ø真空系统配备3套抽速为2200L/s的涡轮分子泵用于完成过渡抽气和系统检漏。KM7空间环境模拟器（2011年）ØKM7空间环境模拟器是我国首套大型卧式空间环境模拟设备；Ø真空容器设计为卧式结构，容器尺寸为φ9m×9m，总容积约为800m3；Ø内部热沉尺寸为φ8.5m×9m，热沉温度低于100K；Ø设备空载累计污染率小于1×10-7g/cm2。Ø真空系统采用全无油

6、真空系统配置；Ø粗抽真空系统主要由4套罗茨泵干泵机组组成，单套机组的名义抽速为1830m3/s；Ø粗抽系统可在3小时内将容器内压力抽至5Pa；Ø高真空系统主抽泵由3台制冷机型低温泵组成，单台抽速为60000L/s；Ø在热沉通液氮的情况下，容器的真空度低于6.5×10-4Pa。KM7A空间环境模拟器（2015年）ØKM7A空间环境模拟器是国内最大的卧式结构空间环境模拟器；Ø由北京卫星环境工程研究所自主研制，于2015年投入使用；Ø容器为卧式结构，直筒段长度为12m，直径10m，总体积约1200m3；Ø主要用于二代导航卫星的整星真空热环境模拟测验任务

7、。Ø粗抽系统采用4套干泵+罗茨泵+罗茨泵三级粗抽机组配置，每套机组名义抽速大于4000m3/h，可在4h内将容器从常压抽至5Pa；Ø高真空系统主要由4套变频一级制冷DN1250大口径低温泵组成；Ø低温再生系统采用干泵+分子泵的设计方式，可以实现低温泵泵腔内压力达到10-1Pa，使低温泵性能最优化；Ø分子泵系统配置4台抽速不小于3200L/s的磁悬浮分子泵；KM8空间环境模拟器（2016年）ØKM8空间环境模拟器是我国容积最大。自动化程度最高的空间环境模拟器，主要用于满足我国载人航天空间研制任务；ØKM8空间环境模拟器综合试验系统为立式容器结构，直

8、径17m，高度32m，总容积约6000m3；Ø主要包括真空容器、真空系统、热沉、氮系统、测控系统、试验工装系统等分系统；Ø主要技术指标：