【航天知识】热真空试验是什么？

热真空试验是指在真空和一定的温度条件下验证航天器及其组件各种性能与功能的试验，由冷浸、热浸与变温过程组成。其环境条件为真空度优于6.5×10-3Pa；具有冷黑背景，半球法向发射率大于0.90。在模拟试验时，试件多处于工作状态并测量其工作参数和环境参数。冷浸是使航天器及其组件处于规定的试验最低温度，并停留规定的时间;热浸是使其处于规定的试验最高温度，并停留规定的时间。从室温开始降至规定的试验最低温度，实行冷浸 再上升至规定的试验最高温度，实习热浸，最后回到室温，成为一个温度循环。

热真空试验概述：

航天器入轨后运行在宇宙空间的高真空环境中，辐射成为换热的主导方式，气体的传导和对流热效应已经可以忽略。由于这与地面大气环境条件下的换热方式有很大的不同，在大气环境条件下无法预测航天产品在以辐射为换热主导方式的空间环境下工作时会出现什么问题，因此，需要在地面进行航天产品的热真空试验，模拟具有辐射换热效应的真空环境和热循环环境联合作用的条件，检验航天器产品的性能和功能，验证产品设计的合理性，暴露产品在元器件、材料、工艺及质量方面的缺陷。实践证明，通过热真空试验可以大大提高航天器在轨运行的可靠性，国内外有关航天器环境试验的标准或规范都将热真空试验规定为必做的试验项目。

热真空试验规定真空环境条件的目的是模拟以辐射为换热主导方式的效应。理论和实验证明，在压力低于 10^-2Pa 的条件下，气体的对流和传导换热效应仅为辐射换热效应的万分之一，在这种压力条件下已经可以较为真实地模拟高真空环境的热效应，不需要追求更高的真空度。因此，一般规定热真空试验中实验室的压力不高于 6.5×10^-3Pa （或 1.3×10^-3Pa）。

卫星组件、分系统及整星的热真空试验应力条件设置主要依据卫星任务的特点，根据最高和最低温度进行相应的加严考核。元器件级热真空试验在制定试验方案时，主要参考的是卫星组件、分系统及整星的热真空试验方法。

热真空试验，是装有真实产品的航天器在真空和规定的温度循环条件下，验证或检查航天器产品功能、检验航天器制造工艺、发现航天器设备早器失效的热真空试验。

在研制过程中，航天器都要进行热真空试验，在初样研制阶段要进行鉴定级热真空试验，对于发射的航天器，无论是第一次发射，还是重复性发射，每发都要进行验收级热真空试验。

在热真空试验中，高温限与低温限的停留时间通常为8-12小时。

在热真空试验中，热控分系统承担的工作包括：

（1）航天器内温度数据的监视、分析与检测。

（2）航天器内温度控制：航天器内温度达到高温限与低温限的控制，以及高温限与低温限的保持。采取的方法是：控制航天器散热面的散热能力；航天器内仪器工作与不工作；控温专用加热器的通电与断电；以及液体冷却回路降温等。

（3）航天器外温度控制：航天器外表面温度控制，对于采用红外笼模拟外热流。通过改变黑片目标温度实现；对于采用康铜加热片模拟外热流，通过改变加在康铜加热片上的加热功率实现。

（4）航天器内仪器设备升降温速率与升降温时间的控制。

热真空试验条件：

（1）环境压力：优于6.65×10-3Pa。

（2）试验温度：一般电子电器设备的鉴定级温度范围为-35～65°C，验收级试验温度范围为-25～60°C。

（3）循环次数：鉴定级试验的循环次数要求至少9.5次，准鉴定级试验的循环次数要求至少3.5次，验收级试验的循环次数要求至少3.5次。

（4）停留时间：极端高低温端停留时间至少6小时。

热真空试验标准：

国内外航天机构在对于卫星组件、分系统、整星的鉴定和验收中，热真空试验是必做的试验项目，并制定了相关的试验方法标准，如“MIL-STD-1540D—1999.Product verification requirements for launch，upper stage，and space vehicles”，“ECSS-E-10-03A—2002.Space engineer”，“GJB1027—1990.卫星环境试验要求”。

热真空试验的基本参数为试验室内的压力、试件表面温度及平均温度变化速率、高温恒温段和低温恒温段停留时间，以及循环次数等，一般要求如下：

（1）试验室内压力不高于 6.5×10-3Pa（若能够达到不高于 1.3×10-3Pa 则更佳，可视产品和设备具体情况而定）。

（2）试验中试件表面温度测点（温度控制传感器安装在试件表面的非热源处）的温度在高温和低温之间循环变化。在每个循环中，维持高（低）温恒温段为 4～12h，平均变温速率不小于1℃/min（或根据设备能力确定）。鉴定试验循环次数为2～3次，验收试验循环次数为1次。

（3）鉴定试验中高温恒温段和低温恒温段的温度为产品在航天飞行中可能经受的最高环境温度增加 5℃和最低温度减少 5℃。验收试验中高温恒温段和低温恒温段的温度为产品在航天飞行中可能经受的最高环境温度和最低环境温度。高温恒温段允许正偏差 3℃，低温恒温段允许负偏差3℃。

（4）温度循环。热真空试验中的一个温度循环包括高温和低温两个温度交变，在进行高、低温温度保持时，分别进行卫星等的测试。根据总体规范的要求，卫星处于每个温度保持阶段的时间为 8h，温度保持的时间应满足卫星进行在轨运行条件和工作模式测试的需求。试验时先进行卫星的高温端仪器设备温度拉偏，试验条件满足高温保持的条件时，进行 8h的高温保持，之后开始降温，进行卫星的低温端仪器设备温度拉偏，当试验条件满足低温保持的条件时，进行 8h 的低温保持，完成试验的 1 个循环。本试验中共进行 4 个温度循环，以满足暴露仪器设备制造和组装的工艺缺陷的需要。

（5）温度拉偏。在试验过程中，星上仪器设备的温度拉偏均需满足如下要求：对于高温工况，仪器设备按 FM1 在轨飞行的最高遥测温度提高 5e 以上，但必须在仪器设备的验收级高温限以下；对于低温工况，由于FM1在轨飞行中没有出现极冷工况的条件，因此，以热设计分析计算值作为下拉的基准，仪器设备的温度比预计温度拉低5e以下，但必须在仪器设备的验收级低温限以上。

（6）温度保持。当星上的仪器设备温度有 80%以上达到拉偏+5e 或-5e 的时候，开始进入8h的温度保持阶段。每一个温度保持阶段的后5h进行卫星性能的电测试。

（7）试验暴露的卫星缺陷。在整个热真空试验中，通过整机电测，对整机各个分系统在试验前、试验中和试验后均进行了详细的功能、性能测试，使整机所有设备都得到了检验。

热真空试验要求：

（1）温度稳定性：温度变化保持在3°C，温度变化的速率不小于1°C/min。

（2）测温点：进行热浸试验时，温度系指机壳上或仪器板温度，且此测温点应远离试验设备的热源处；进行冷浸试验时，温度系指机壳上或仪器板的温度。

（3）整个试验过程中，产品通电工作并进行设备的性能监测或测试。当温度达到并稳定在极端低温时产品断电，然后作冷启动并作性能测试；当温度达到并稳定在极端高温时产品断电，然后作热启动。试验前后对单机进行全面性能测试并对比。

（4）射频单机应在设计频率和最大功率下工作；机械运动部件在稳定的高低温端进行力和力矩设计余量的测试。

热真空实验是指模拟航天器在真空、冷黑和太阳辐射环境的地面试验。概念：模拟航天器在空间的真空、冷黑和太阳辐射环境的一种地面试验。