CN109238340B - 火星探测器产品的综合环境试验系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种火星探测器产品的综合环境试验系统，用于模拟火星表面“气体氛围—气压—温度”综合环境的试验系统，主要包括真空室、高低温室、温控系统和压控系统，通过高低温室、温控系统和压控系统实现火星环境下的综合环境设置，达到真空室内火星探测器产品环境温度条件。本发明结构简单并方便安装调试，有效解决了直接由真空罐进行试验导致的漏热和罐壁结露的问题，合理规避了由于漏热导致的CO2结晶的风险，并有效提高了温度控制的效率。

Description

火星探测器产品的综合环境试验系统
技术领域
本发明属于航天器的综合环境试验技术领域，具体来说，本发明涉及一种针对火星探测器产品开展地面模拟试验的综合环境试验系统。
背景技术
火星与地球相似，周围也笼罩着大气层，其主要成分是CO2，表面气压为500Pa-1400Pa。冬天时，极区进入永夜，低温使大气中多达25％的CO2在极区沉淀成干冰，到了夏季则再度升华至大气中，这个过程使得极区周围的气压在一年之中反复变化。因此火星探测器型号产品需要在较为严酷的气压-温度综合环境中工作，对可靠性要求极高，有必要在地面开展火星环境综合环境试验验证。
开展火星环境试验的主要技术难题在于如何在高低温变化时实现稳定的压力控制。目前的热真空试验设备，一种是环境温度不可控，其罐体内部温度过低，无法维持CO2的气态；另一种环境温度可控的又不能达到试验温度要求(-105℃)，均不能匹配火星型号的试验需求。为了适应这种试验需求，避免火星探测器在试验过程中考核不充分，不能充分暴露产品设计和制造缺陷，十分需要研制一套能够真实准确模拟火星表面“气体氛围—气压—温度”的综合环境试验系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够模拟火星表面“气体氛围—气压—温度”综合环境的试验设备，用于进行火星探测器型号产品的地面综合模拟验证试验。
本发明通过如下技术方案实现：
火星探测器产品的综合环境试验系统，用于模拟火星表面“气体氛围—气压—温度”综合环境的试验系统，主要包括真空室、高低温室、温控系统和压控系统，真空室置于高低温室中，真空室用于形成密闭空间，保持容器内的CO2气体不发生明显泄露，真空室内壁为热沉，表面喷涂黑漆；其中，压控系统主要包括抽真空系统、充气系统和压力测控系统，抽真空系统主要由真空泵、真空管道及各阀门组成，真空泵通过真空管路依次经过真空手阀、蝶阀、真空阀与真空室的抽气口连通，用于降低真空室内的气体压力；充气系统主要由依次通过充气管路连通的CO2气瓶、减压阀、流量控制器、电磁充气阀构成，电磁充气阀与真空室的充气口连通，以用于向真空室充入CO2气体；压力测控系统主要包括真空规和电路控制系统，真空规安装于真空容器内，用于测量真空室内气体压力，电路控制系统通过控制蝶阀和流量控制器的设置开度及其他阀门的开关状态，用于根据预先设置的试验条件实现对气体压力的自动控制；温控系统通过对在真空室内粘贴测温传感器，根据传感器测得温度值对高低温室内的温度进行调节以控制真空室的温度在-120℃～100℃范围内，测温传感器通过粘接方式安装在产品表面，用以测量产品温度，测温传感器与真空容器内测量连接，容器外线缆接入高低温室温度测控系统，从而调整高低温室内的温度，通过真空室管壁传导换热，以达到真空室内火星探测器产品环境温度条件。
其中，高低温室为温度循环箱。
其中，抽真空系统中的蝶阀和真空阀与充气系统中的流量控制器和充气阀集成为一移动压力控制系统，移动压力控制系统设置为一可移动箱体，箱体底部设置滚轮。
其中，真空室上装有法兰，用于火星探测器产品测试仪器在容器内、外的信号传输。
其中，真空室内部下侧装有安装平台，用于火星探测器产品的承载。
其中，抽真空系统采用的真空泵为干泵或机械泵。
优选地，真空室采用不锈钢制作，为卧式圆柱体。
优选地，真空室内壁采用黄铜材料制成。
优选地，真空管道和充气管道采用真空波纹管。
优选地，真空规选用满量程为1000mbar-1mbar的薄膜规，满足火星型号试验的压力范围。
本发明具有如下的有益效果：
(1)结构简单：本发明的火星探测器型号产品综合环境试验系统无需对现有的环境模拟设备进行过多改造，利用现有的温度循环箱、真空罐，并外接压力控制系统实现火星环境模拟，结构简单并方便安装调试。
(2)有效控制：本发明的火星探测器型号产品综合环境试验系统中，通过将真空罐内置温循箱并进行温控的方式，有效解决了直接由真空罐进行试验导致的漏热和罐壁结露的问题，合理规避了由于漏热导致的CO2结晶的风险，并有效提高了温度控制的效率。
(3)可提供模拟火星表面“气体氛围—气压—温度”综合应力试验环境：有别于传统的热试验系统，本发明的火星探测器型号产品综合环境试验系统是一种能够进行CO2气体氛围、气压、温度环境综合施加的试验模拟装置，可用于考核火星探测器型号产品对上述综合环境的耐受能力。
附图说明
图1为本发明的火星探测器产品的综合环境试验系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的火星探测器型号产品综合环境试验系统进行详细说明，具体实施方式仅为示例的目的，并不旨在限制本发明的保护范围。
参照图1，本发明的火星探测器型号产品综合环境试验系统包括真空室、高低温室、真空规、移动压力控制系统(集成了真空阀、蝶阀、充气阀、流量控制器)、减压阀、真空手阀、真空泵、气瓶、真空管道。
在一具体实施方式中，本发明的火星探测器型号产品综合环境试验系统的高低温室通过地脚螺栓安装在专用试验场地的地面上，真空室通过高低温室内安装平台水平放置，火星探测器产品则通过真空室安装平台水平放置在真空室内。抽真空系统通过抽气口一侧引出真空波纹管路采用连接至真空室侧壁的法兰，另一侧先后经由真空阀、蝶阀、真空手阀连接至真空泵；充气系统通过充气口一侧引出真空波纹管路连接至真空室侧壁的泛滥，另一侧先后经由流量控制器、减压阀连接至CO2气瓶。温控系统通过真空室内的测温传感器，通过法兰上的穿舱插头和真空线缆连接至高低温室测控系统。电控系统则是通过将真空规、真空阀、蝶阀、流量控制器和减压阀由信号线缆连接至网关和主机，针对真空规采集的真空室内的气压值，通过流量控制器和各阀门进行调整，以达到试验设定条件。
本发明的火星探测器型号产品综合环境试验系统的研制原理如下：
真空容器大门关闭、容器内形成封闭空间的情况下，开启真空阀和真空手阀，启动真空泵进行抽气，利用真空泵内高速旋转的涡轮叶片形成负压效应，将真空室内的空气向外抽出，使真空室内的压力下降至优于3Pa的水平。此时，关闭真空阀，开启充气阀、气瓶减压阀，往真空室内通入CO2气体。电路控制系统根据预设的气压条件，控制真空阀及充气阀的开关状态，调整蝶阀和流量控制器的开度。当真空室内气压高于预设气压值时，增加蝶阀开度，加快真空泵的有效抽速，真空室内气压下降。当真空室内气压低于预设值时，流量控制器进行调整，加快充入CO2气体，真空室内气压升高。电路控制系统实时采集真空规的数据，通过调整阀门开关及开度使真空室内气压维持在预设值容差范围内。
在压控的同时进行温度控制。在真空室内壁粘贴温度传感器，温循箱通过调节箱内的温度对真空罐升降温，同时将箱内空间的湿度降至接近0％。通过温循箱对真空室内火星探测器型号产品进行温度调节，可使得环境温度均匀，可有效防止CO2由于背景温度不均匀而导致的受冷结露，和真空室侧壁漏热问题，有效规避风险。
上述气体氛围、气压、温度的控制相互独立，又可同时施加，可为试验件提供火星表面综合试验环境，可用于考核火星探测器型号产品对上述综合环境的耐受能力。
本发明的火星探测器型号产品综合环境试验系统的试验能力：气体氛围：CO2气体，环境压力：20～2000Pa，热沉温度：优于100K，热沉背景表面吸收率：优于0.9。
尽管上文对本发明的具体实施方式进行了详细的描述和说明，但应该指明的是，我们可以对上述实施方式进行各种改变和修改，但这些都不脱离本发明的精神和所附的权利要求所记载的范围。

Claims (9)

1.火星探测器产品的综合环境试验系统，用于模拟火星表面“气体氛围—气压—温度”综合环境的试验系统，主要包括真空室、高低温室、温控系统和压控系统，真空室置于高低温室中，真空室用于形成密闭空间，保持容器内的CO2气体不发生明显泄露，真空室内壁为热沉，表面喷涂黑漆；其中，压控系统主要包括抽真空系统、充气系统和压力测控系统，抽真空系统主要由真空泵、真空管道及各阀门组成，真空泵通过真空管路依次经过真空手阀、蝶阀、真空阀与真空室的抽气口连通，用于降低真空室内的气体压力；充气系统主要由依次通过充气管路连通的CO2气瓶、减压阀、流量控制器、电磁充气阀构成，电磁充气阀与真空室的充气口连通，以用于向真空室充入CO2气体；压力测控系统主要包括真空规和电路控制系统，真空规安装于真空容器内，用于测量真空室内气体压力，电路控制系统通过控制蝶阀和流量控制器的设置开度及其他阀门的开关状态，用于根据预先设置的试验条件实现对气体压力的自动控制；温控系统通过对在真空室内粘贴测温传感器，根据传感器测得温度值对高低温室内的温度进行调节以控制真空室的温度在-120℃~100℃范围内，测温传感器通过粘接方式安装在产品表面，用以测量产品温度，测温传感器与真空容器内测量连接，容器外线缆接入高低温室温度测控系统，从而调整高低温室内的温度，通过真空室管壁传导换热，以达到真空室内火星探测器产品环境温度条件，其中，高低温室为温度循环箱。
2.如权利要求1所述的火星探测器产品的综合环境试验系统，其中，抽真空系统中的蝶阀和真空阀与充气系统中的流量控制器和充气阀集成为一移动压力控制系统，移动压力控制系统设置为一可移动箱体，箱体底部设置滚轮。
3.如权利要求1所述的火星探测器产品的综合环境试验系统，其中，真空室上装有法兰，用于火星探测器产品测试仪器在容器内、外的信号传输。
4.如权利要求1所述的火星探测器产品的综合环境试验系统，其中，真空室内部下侧装有安装平台，用于火星探测器产品的承载。
5.如权利要求1-4任一项所述的火星探测器产品的综合环境试验系统，其中，抽真空系统采用的真空泵为干泵或机械泵。
6.如权利要求1-4任一项所述的火星探测器产品的综合环境试验系统，其中，真空室采用不锈钢制作，为卧式圆柱体。
7.如权利要求1-4任一项所述的火星探测器产品的综合环境试验系统，其中，真空室内壁采用黄铜材料制成。
8.如权利要求1-4任一项所述的火星探测器产品的综合环境试验系统，其中，真空管道和充气管道采用真空波纹管。
9.如权利要求1-4任一项所述的火星探测器产品的综合环境试验系统，其中，真空规选用满量程为1000mbar-1mbar的薄膜规，满足火星型号试验的压力范围。
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