[科普中國]-航天器熱循環(huán)試驗(yàn)

航天器熱循環(huán)試驗(yàn)航天器或其組件在正常壓力下，以航天器上非熱源處的溫度為控制溫變的溫度循環(huán)試驗(yàn)。在航天器熱循環(huán)試驗(yàn)時(shí)，由室溫升至高溫限并保持一定時(shí)間，然后再降低至低溫限并保持一定時(shí)間，再升至室溫為一個(gè)溫度循壞。

簡介航天器熱循環(huán)試驗(yàn)航天器或其組件在正常壓力下，以航天器上非熱源處的溫度為控制溫變的溫度循環(huán)試驗(yàn)。在航天器熱循環(huán)試驗(yàn)時(shí)，由室溫升至高溫限并保持一定時(shí)間，然后再降低至低溫限并保持一定時(shí)間，再升至室溫為一個(gè)溫度循壞1。

試驗(yàn)分類本試驗(yàn)分為鑒定級和驗(yàn)收級。航天器驗(yàn)收級熱循環(huán)試驗(yàn)的目的是通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)材料工藝和制造質(zhì)量缺陷。鑒定試驗(yàn)的目的是確認(rèn)產(chǎn)品有承受比驗(yàn)收試驗(yàn)更大的熱疲勞的能力。驗(yàn)收試驗(yàn)的目的在于發(fā)現(xiàn)早期失效，屬于系統(tǒng)級或組件級環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)，是利用正常壓力下強(qiáng)迫對流來提高溫度變化速率，在不改變失效機(jī)理情況下來達(dá)到篩選的目的。驗(yàn)收級的熱循壞試驗(yàn)的高、低溫限至少應(yīng)取熱衡試驗(yàn)的極端高低溫限再加上一定的熱不確定余量。鑒定級溫度范圍一般比驗(yàn)收級擴(kuò)大20°C。為提高篩選效率，溫度范圍有擴(kuò)大的趨勢。第一循環(huán)和最后一個(gè)循環(huán)的高低溫保持時(shí)間較長，以便作全部功能測試。其余循環(huán)的保持時(shí)間較短，只做性能監(jiān)測，以便發(fā)現(xiàn)故障或間歇現(xiàn)象。試驗(yàn)箱的熱源不可直接對試件構(gòu)成熱輻射。變流速率一般為3- 5°C/min，但不得低于1°C/min。熱循環(huán)試驗(yàn)對電工、電子組件的篩選效果尤其明顯，并含老煉試驗(yàn)。做熱循環(huán)試驗(yàn)可以減少熱真空試驗(yàn)的循環(huán)次數(shù)。

航天器研制階段的各種熱試驗(yàn)由于航天器構(gòu)造復(fù)雜而且是單件生產(chǎn)，所經(jīng)受的環(huán)境極為復(fù)雜，同時(shí)又要求有極高的可靠性，因此有它自己一套獨(dú)特的研制程序，而且特別重視在研制過程中通過大量環(huán)境試驗(yàn)來對產(chǎn)品進(jìn)行性能和功能的檢驗(yàn)，這里包括在初樣階段的研制試驗(yàn)(也可稱為可靠性研制增長試驗(yàn))和正樣階段的鑒定試驗(yàn)和驗(yàn)收試驗(yàn)。為了更好地應(yīng)用環(huán)境試驗(yàn)這一工具， 各國根據(jù)自己的航天器研制經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)制定了航天器的環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)例如，美國軍方編制了軍標(biāo)MIL-STD-1540“航天器試驗(yàn)要求”；美國NASA哥達(dá)德航天中心(GSFC)制定了“航天飛機(jī)和一次使用運(yùn)載器有效載荷，分系統(tǒng)及組件的通用環(huán)境驗(yàn)證規(guī)范”GEVS-SE。它們都規(guī)定了詳細(xì)的航天器(主要是組件級和系統(tǒng)級)環(huán)境試驗(yàn)的項(xiàng)目、要求及有關(guān)的試驗(yàn)方法等。歐空局制定了相應(yīng)的系統(tǒng)級和組件級的試驗(yàn)要求或規(guī)范ESA-PSS-01-801及PSS-01- -802中國也制定了GJB-1027- 90“衛(wèi)星環(huán)境試驗(yàn)要求”

在航天器的環(huán)境試驗(yàn)中，熱試驗(yàn)占了相當(dāng)大的份量，它主要有三種類型，即熱平衡試驗(yàn)、熱真空試驗(yàn)和熱循環(huán)試驗(yàn)(包括老煉熱試驗(yàn))，這在其它產(chǎn)品研制中是不多見的2。

吸附式干燥法在工業(yè)上，常用的空氣干燥方法有化學(xué)法、凍結(jié)法和吸附法。化學(xué)法干燥空氣是以固體苛性、苛性鉀、氯化鈣等能從空氣中有效地吸收水分的特性為基礎(chǔ)。在實(shí)際試驗(yàn)過程中，由于這些化學(xué)吸收劑的化學(xué)特性，不適用于高低溫試驗(yàn)中。

凍結(jié)法干燥空氣是通過制冷的方法,使空氣通過表面溫度低于被冷卻空氣的露點(diǎn)溫度,空氣在冷卻過程中有一部分水析出，從而達(dá)到干燥空氣的目的。凍結(jié)法干燥器具有流量大、結(jié)構(gòu)簡單除濕量大等優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是噪音大壓力露點(diǎn)高等。

吸附法干燥空氣是利用具有吸濕性能的吸附劑來吸收空氣中的水分以達(dá)到干燥的目的，常用的吸附劑有硅膠、分子篩、活性氧化鋁?？諝獾臏囟葘ξ絼┑奈侥芰τ兄卮笥绊?，溫度升高，吸附劑吸附容量減少，在相對濕度40%時(shí)最好用硅膠。吸附劑的再生方法以往采用加熱再生，則用變壓吸附技術(shù)；此外還發(fā)展了微熱再生，用加熱設(shè)備提高逆向沖洗再生氣的溫度，然后去再生吸附劑，這樣可以延長工作周期，在同樣干燥度下，再生氣耗量可以降低。微熱再生方法綜合運(yùn)用了變溫吸附和變壓吸附的長處，有明顯的優(yōu)越性。吸附法干燥器具有壓力露點(diǎn)低、噪音小、體積小和節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)上述干燥方法的特點(diǎn)，在熱循環(huán)試驗(yàn)箱中選用吸附式千燥器，由吸附式千燥器產(chǎn)生干燥的空氣送入循環(huán)箱內(nèi)。這種方法簡便可行，可靠性高，且不會(huì)影響試驗(yàn)箱原來的結(jié)構(gòu)，只需定期更換吸附劑。

熱循環(huán)試驗(yàn)的目的航天器主要進(jìn)行聲學(xué)、熱真空和熱循環(huán)三類試驗(yàn)。聲學(xué)試驗(yàn)是為了確定衛(wèi)星承受發(fā)射和上升階段聲學(xué)環(huán)境性能。

航天器的重要環(huán)境是熱環(huán)境，熱環(huán)境能引起航天器的各種結(jié)構(gòu)問題：

1.航天器一邊被太陽加熱，另一邊被深冷空間所冷卻，航天器兩邊溫度不同引起變形不同，因而引起應(yīng)力，影響航天器性能。

2.燃料的溫度影響其體積與質(zhì)量的比值，因此熱環(huán)境影響帶有燃料的部件的性能。

3.溫度會(huì)影響潤滑的性能，空間溫度和輻射加熱引起的冷卻和加熱影響傳熱，這直接影響潤滑性能3。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

任毅如 - 副教授 - 湖南大學(xué)