特大型空间环境试验设备的超高真空获得技术黄本诚刘国青成致祥张春元(北京卫星环境工程研究所北京100029)VacuumTechnologyofExtraLargeandUltra2highVacuumSpaceEnvironmentSimulatorHuangBencheng,LiuGuoqing,ChengZhixiang,ZhangChunyuan(Bei激ngInstituteofSatelliteEnvironmentEngineering,Bei激ng,100029)AbstractSpaceenvironmentsimulatorplaysanimportantroleinthedevelopmentofspacescience.Recently,anextralarge,3200m3involume,spaceenvironmentsimulatorwithabasepressureof415×10-6PahasbeensuccessfullydevelopedinChina.Thestructure,theultrahighvacuumtechnologyandtherelatedtechnicaldetailswerediscussed.KeywordsUltra2highvacuumcontainer,Spaceenvironmentsimulator,Heatsink摘要介绍了我国新近研制成功的一台特大型空间环境试验设备的超高真空获得技术。该设备在3200m3空间内获得了415×10-6Pa的极限真空,为大型航天器研制做出了贡献。也是我国真空获得技术的一项新的技术成就。关键词超高真空容器空间环境模拟装置热沉:TB753+.3文献标识码:A:025329748(2001)0120001204为满足大型航天器研制的需要,我国建成一台特大型空间环境试验设备。该设备于1998年建成投入使用,它是我国最大的空间环境试验设备,是当前国际上五大典型同类空间环境试验设备之一,也是我国最大的超高真空试验设备。该设备由11个分系统组成,主要模拟空间的三种环境:真空环境、冷黑环境和太阳辐照环境。其中真空环境是大型空间环境试验设备的基础。在容积达3200m3的特大型空间环境试验设备中获得超高真空是我国真空获得技术上的一个重大突破。积为200m3。主容器壁厚为22mm,圆度为±35mm,上端开有直径达12m的大门,法兰厚180mm,平面度为1157mm,密封圈采用截面直径为43mm的氟橡胶圈。主容器侧面开有直径达615m的侧门,其法兰厚度为140mm。直径715m的辅助容器壁厚为20mm,圆度为±17mm。直径5m的特殊试验舱壁厚为16mm,法兰平面度为01975mm。上述真空容器全部使用不锈钢(0Cr18Ni9)材料制造。除了几个大门外还开有100多个形状各异的工艺孔,以满足真空设备安装和试验要求。真空容器的焊缝总长2000多米,所有焊缝均采用氦质谱检漏仪检验,漏率小于1×10-7Pa·m3/s。1真空容器该特大型空间环境试验设备由直径为12m,高为2214m的主容器;直径为715m,长为15m的辅助容器;直径为5m,长为15m的特殊试验舱真空容器等三部分组合而成。有关容器结构见图1。其中主容器和辅助容器总容积达3200m3,特殊试验舱容2热沉在真空容器内安装有模拟空间冷黑环境的热沉。热沉在正常运行时,内部管道通有液氮,温度低学术论文图1大型空间环境试验设备总体布置图Fig11Schematicrepresentationofthelargespaceeviromentalsimulator于95K。主容器热沉直径为1015m,高为17m;辅助容器热沉直径为618m,长为917m;特殊试验舱热沉直径为412m,长为910m。主、辅容器热沉共分22节,由2000多根纯铝异型管焊接而成,共有4000多个焊口。热沉研制成功的关键是如何确保所有的焊缝和接头在高低温温差很大的情况下不漏气。为此所有的焊缝和接口都采用氦质谱检漏仪进行检漏,并在每节热沉进行液氮冷热冲击后进行系统检漏,确保热沉总漏率小于1×10-8Pa·m3/s。在热沉内表面涂有特制黑漆,黑漆的半球向发射率εh≥0191,太阳光吸收比αs≥0196。热沉不仅能够起到模拟空间冷黑环境的作用,而且由于在液氮温度下,对水蒸气等气体负荷也有着巨大的抽速,因此也是重要的真空获得手段。3真空系统真空系统由预真空系统、高真空系统和超高真空系统三部分组成。预真空系统由4套JZJLH25000罗茨泵机组与液氮冷阱组成,每套机组由1台H2150机械泵,抽速150L/s;1台ZJL2600直排大气罗茨泵,抽速600L/s;1台ZJB21200罗茨泵,抽速1200L/s;1台ZJ25000罗茨泵,抽速5000L/s组成。使用该预抽机组3对3200m的主、辅容器进行抽气,从大气抽到0178Pa用时315h。高真空系统的主容器采用8台自制的氦制冷机低温泵作为主泵,每台抽速对氮气可达50000L/s。在容器空载时,启动低温泵进行容器高真空抽气后,在315h内即可将主、辅真空容器抽真空至3×10-5Pa。特殊试验舱容器使用3台氦制冷机低温泵。主、辅容器上...