Вакуумные имитаторы космоса

Установки имитации космического пространства

Все компоненты и узлы космических аппаратов и спутников должны тестироваться их перед вводом в эксплуатацию. Чтобы обеспечить готовность этих систем перед их запуском в космос, они должны подвергаться воздействию вакуума и температуры, чтобы гарантировать работу в этих суровых условиях без сбоев. Для этого используются установки имитации космического пространства.

Развитие космических камер

С развитием высотных полетов вакуумные камеры использовались для моделирования пониженного давления на больших высотах. В 1960-х годах космическая программа требовала новых испытательных установок, способных создавать более глубокий вакуума для имитации низкого давления космоса. В этих камерах используется конструкция с двойными стенками, включающая полностью сварную алюминиевую внутреннюю поверхность. Установки способны охлаждать внутреннее пространство до -196°C, а также моделировать излучение солнца с помощью инфракрасных обогревателей и обеспечивать вакуум в 10^-6 мбар.

Состав установки имитации космического пространства

Установки имитации космического пространства обеспечивают вакуум 10^-8 мбар и глубже. Вакуумная система содержит:

• форвакуумный насос (пластинчато-роторный и спиральный)

• турбомолекулярный насос

• один или несколько крионасосов

Установка обеспечивает давление до 10^-8 мбар и имеет высокую скорость откачки для поддержания высокого вакуума. Чтобы достичь этого давления в камере используется форвакуумный насос , турбомолекулярный насос и набор криогенных насосов. Турбомолекулярный насос служит для поддержания вакуума в камере во время регенерации криогенного насоса и помогает быстро откачивать камеру после того, как форвакуумный насос достигнет своего предельно-остаточного давления до того, как будет возможно запустить криогенный насос. Что касается тепловых характеристик, камера моделирования имеет рабочий диапазон от -196°C до 150°C.

Механическая конструкция установки

Когда вакуумная камера  находится под вакуумом, внутри нет атмосферы. Это приводит к внутреннему давлению на внешнюю часть камеры. Наиболее распространенная конструкция вакуумной камеры представляет собой цилиндрическую конструкцию.

Тепловые кожухи

Температура в космосе близка к абсолютному нулю в связи с тем, что любой материал в космосе, не подверженный воздействию прямых солнечных лучей, будет излучать свое тепло до тех пор, пока он не остынет до этой температуры. В космосе очень мало молекул, и их температура составляет  -270°С. Чтобы моделировать эти криоусловия, камеры космического моделирования используют тепловые кожухи, также называемые холодными стенами. На практике тепловые кожухи могут достигать температуры до 20°C выше абсолютного нуля.

Тепловой кожух расположен внутри камеры для испытания пространства, а испытательный объект помещен в кожух. Таким образом, кожух образует теплоизлучающий барьер между испытуемым объектом и внутренней частью испытательной камеры. Тепловые кожухи изготовлены из полированной нержавеющей стали или алюминиевого корпуса, который имеет низкую излучательную поверхность для отражения тепла. Внутренняя часть кожуха покрыта черной излучающей краской с высокой излучательной способностью, чтобы эффективно поглощать как можно больше тепла от испытуемого объекта внутри кожуха. Различные охлаждающие среды используются для охлаждения теплового кожуха в зависимости от требуемого температурного диапазона. Кожух снабжен трубкой, которая несет охлаждающую жидкость и обеспечивает распределенное охлаждение поверхности кожуха.

При температурах от -180°C до 150°C в качестве теплоносителя используется газообразный азот. Поскольку газы имеют меньшую теплоемкость, чем жидкости, необходимо циркулировать больший объем газа по сравнению с жидким теплоносителем. Газообразные азотные системы обладают тем преимуществом, что могут добавлять и удалять тепло. Когда это желательно, азот нагревают, используя электрические нагреватели, расположенные на пути рециркуляции азота. Для температур ниже -180°C используется жидкий азот, а температуры ниже -196°C достигаются с помощью охлажденного газообразного гелия.