月球表面综合环境舱

一、设备的用途及特点：

　　该设备主要用于月球表面的高真空状态下的高低温试验、低气压放电试验，也可作为其他小部件在轨的模拟试验设备。

　　此技术方案是设计制造该设备的依据之一。此套设备包括五个方面：热真空模拟容器、真空保障系统、高低温保障系统、热真空状态控制与显示系统、辅助配套系统。根据此技术方案研制出的设备能够真实地模拟真空空间的冷热环境，并能对空间的真空度及温度进行有效的控制、监测和记录。设备有以下的一些特点。

　　整套设备真空系统采用低温泵为主泵，螺杆干泵做前级和预抽泵，可以获得无油试验要求的工作真空度;温度控制方面采用机械制冷获得低温背景，通过先进的智能PID温控仪来控制加热笼的加热电流，从而准确控制温度;低温的获得采用了独特的机械制冷技术，省去了使用液氮制冷时带来的耗费。控制系统方面采用工控机和PLC联合控制，工控机显示界面清晰易懂，PLC控制准确可靠，故障诊断简单。另外还可以根据用户的工艺要求，制作不同的温度曲线配方，存储在工控机中，在试验中供用户选择调用，用户进行试验操作时易于掌握。总之，该设备真空度高、温度易于控制且均匀性好、长期运转稳定可靠、并可连续工作30天以上、操作使用简单方便。该设备具有一定的专用性和通用性，是空间环境模拟试验必不可少的设备。

　　二、执行标准：

　　按照设备设计制造应符合GB/T32221-2015 《真空技术航天器用真空热环境模拟试验设备 通用技术条件》

　　QJ20126-2012《航天器空间环境模拟试验设备真空容器规范》

　　QJ20127-2012 《航天器空间热环境试验设备技术要求》对热真空试验箱各项指标进行验收。

　　终验收所需检具、工具由乙方免费提供，未尽事项按国家标准GJB-150《军用设备环境试验方法》验收。
 

　　三、设备系统主要技术指标:

　　(1)热沉内尺寸：φ1000×1000mm(直段)

　　(2)真空箱内支架：承载：60kg，平台可滑动，平台尺寸长×宽为950mm×700mm;

　　(3)真空室内尺寸：φ1100×1100mm(直段)

　　(4)极限空载真空度：≤5×10-5Pa，

　　(5)空载真空度：< 1×10-4Pa(室温)(开插板阀4小时内到达)

　　(6)带载真空度 ≤5×10-4Pa，

　　(7)抽真空速率：舱内常温环境下，从常压到20pa不小于10min,

　　从常压到5×10-4Pa，含负载&le;150min

　　(8)试验温度范围：-70℃～+150℃(机械制冷+红外热笼)

　　(9)温度变化速率：≤1℃/min(变化速率在验收试件上测量)

　　升温从-70℃到+85℃全程平均

　　降温从+85℃到-70℃全程平均

　　(10)试件发热功率：

　　(11)温度均匀度：±3℃(在温度稳定情况、真空状态下)

　　(12)温度控制精度：　±1℃(在温度稳定下测量)

　　(13)控温方式：PLC与手动并存，所有操作都在计算机上实现，中央计算机自动指令、计算机自动显示、自动监测、分路自动报警和保护、并有故障自动诊断功能，工控机模块管理系统，有相应的互锁装置，可热议编程做温度循环试验。

　　(14)温度控制点：共20个(其中1个控制点，19个测量点)

　　(15)污染度分析：用微量天平测试污染量。天平的频率：20MHz。

　　(16)残余气体分析：用四极质谱仪监测容器内的残余气体。质量范围：200质量数、H200M(英福康公司)

　　(17)低气压放电条件：真空范围1.33Pa常压处可实现压力保持。

　　(18)设备噪音：≤75dB(距离地面1.5米，距离控制器1米)预验收在现场测
 

　　四、设备配置要求：

　　(1)设备总配置：需配齐所有必备的外设(循环水机、气源、多种法兰等)

　　(2)抽气系统：

　　A 主抽分子泵：3600L/s

　　B 前级泵：真空泵德国莱宝或北仪优成，

　　(德国莱宝工期5个月 质保1年，北仪优成工期3个月 质保2年，可选)

　　(4)真空测量系统：选国内质量好的皮拉尼、电离计、数显真空计

　　(5)加热及制冷系统：采用新技术的进口制冷水冷压缩机组，用PID温控调节，采用稳定、可靠的控温方式，即机械制冷+热笼控温。其他制冷系统部件均采用良好的部件。

　　(6)热沉结构：使用放气量极小的紫铜或不锈钢制成，并且热沉温度分布均匀。

　　(7)真空室： 采用不锈钢1Cr18Ni9Ti，或其他性能更好的不锈钢，应8mm为宜。

　　(8)观察窗：大门直接200mm 观察窗。

　　(9)内部照明：100W

　　(10)真空法兰：在容器两侧开多个240mm的法兰。

　　(11)测量位置：皮拉尼、电离规安装在容器前部。

　　(12)容器内支架板：支架板的尺寸应尽可能大，支架板的受力点应在罐体上，冷板可调平。

　　(13)总控制系统：此套设备为全自动控制系统。

　　(14)设备特点：此设备为卧式纯无油高真空系统。

　　(15)在分子泵抽气口位置安装机械冷阱(分子泵只在特殊条件下使用)。
 

　　五、控制管理和数据采集系统功能要求：

　　(1) 控制管理

　　通过PLC进行管理，PC机自动控制被试验品试验(可任意编程做温度循环试验)。真空分系统、温度循环系统、容器复压、水循环系统、测量系统等的全部工作状态进行控制管理，并且有脱离计算机的手动控制系统，其功能如下：

　　在屏幕上显示被试品试验分段曲线和试验时显示当前试验在全程中的具体位置，并具有打印功能。

　　在屏幕上实时显示真空分系统各组元的工作状况图，叠加数采获得的各处真空度，并具有打印功能。

　　在屏幕上实时显示 真空泵干泵、分子泵、闸板阀、放气阀、低温再生、电离计烘烤等的操作功能。

　　在屏幕上实时显示低温泵各类参数及各类曲线。

　　在屏幕上实时显示各类已发生的操作事件，具有各分系统故障报警显示、鸣笛等安全保护措施。

　　既能实现真空试验，又能实现真空、温度复合试验，且真空和温度均能实现定值控制，并能按要求进行自动记录温度值和真空值，同时自动形成图形，配备USB接口数据可以excel文件格式导出。

　　(2) 数据采集

　　配30个Pt-100温度传感器，传感器在试验中可自由切换控制热沉、试件温度。

　　设备控制采用自动控制程序。

　　接插柱需要40个，电流10安。

　　Y-27接插件共300针。

　　实时采集，显示真空分系统真空容器和其它各处真空度，并叠加在工作状况图上，具有打印功能。

　　实时采集，显示被试品不同测点的温度，具有打印功能。

　　对已发生的各压力、温度具有存储功能，具有打印功能。

　　污染量与残余气体量动态曲线实时显示与输出。

　　软件具有自主知识产权，终生免费进行升级与维护。

　　1)真空模拟容器(真空室及内部支架)

　　(2)真空保障系统(真空泵、阀门、管路及真空测量)

　　(3)温度保障系统：

　　低温制冷系统：(区域温度控制制冷机组、热沉、低温阀门及连接管)

　　加热控温系统：(加热笼、加热电源)

　　(4)控制监测系统(机柜、工控机、PLC、)。

　　(5)辅助配套系统(气泵、冷却循环水机、污染监测)

　　热真空试验设备组成

　　2.真空模拟容器：

　　它主要用来容纳试验件，并且能造就一个符合试验条件的真空环境和温度环境，内部设有放置工件的平台，可以安装工件。真空罐内尺寸&phi;1100×1100mm(直段部分尺寸),真空容器上开有抽气口，以便连接抽真空的设备。它还有一些电器方面的接口，以便连接必要的线缆，使真空室内的试验件和真空室外部的仪器能够很好的连接。真空容器上方还装有测量真空度的规管，内部有测量温度的PT100传感器，以便测量本设备的主要技术参数(真空度和温度)。另外还有观察窗和照明灯，以便观察内部试验件情况 。

　　3.真空保障系统：

　　它是把真空容器抽成真空环境的设备，它又分成预抽系统和主抽系统两个部分，预抽系统将真空室抽成低真空，而后，主抽系统将真空室抽成高真空。它由真空泵、真空阀门和真空管道等组成。

　　4.温度保障系统：

　　它主要用来保证试验所需的温度环境，包括正温环境和负温环境。正温和负温都通过设置一个冷背景，通过加热笼加热控温来实现，用户只需设定目标温度即可实现控温，并能按温度循环试验要求实现循环控温。

　　5.热真空状态控制监测系统：

　　它用来控制真空系统和温度保障系统的元件的动作，显示当前的控制状态，并负责将真空度、温度等参数保存记录下来，绘制特定曲线，便于直观了解参数的变化情况。主要由控制柜和工控机两个部分组成。

　　控制系统采用****微型可编程控制器，真空系统、温度控制系统分别用了一个PLC，使各控制系统有一定的独立性，一旦有问题出现时，可以单独进行故障诊断和维修。

　　本系统还可对断气，断水等主要故障进行相应的报警。

　　6.辅助配套系统：

　　主要有冷却水系统和气路系统，冷却水系统为真空系统的真空泵和温度保障系统的制冷机组提供冷却，气路系统为真空阀门提供气源动力。

　　污染监测主要监测真空室内残余气体的成分和物体表面的分子沉积量情况。
 

　　六、设备分系统技术内容：

　　1.真空模拟容器

　　1.1真空容器结构形式：卧式圆筒形筒体，支撑架直接落地，后端为封头，与筒体焊死，前端为封头大门。

　　1.2真空容器材料：优质不锈钢304，壁厚不低于8mm。

　　1.3真空容器尺寸：φ1100×1100mm(直段部分尺寸)。

　　1.4真空容器中心距地面高度：1500mm

　　1.5筒体内安装热沉，热沉内安装加热笼,加热笼内有导轨、试件平台。

　　1.6大门法兰采用出气率低的氟橡胶圈密封。

　　1.7容器有良好的接地，对地电阻&le;0.1Ω。

　　1.8大门中心装有一个玻璃观察窗(口径240形式)。

　　1.9筒体上方装有高、低真空测量，薄膜规，开两个大法兰(口径)。

　　1.10容器上方装低压12V照明灯和相应的密封接头(口径)。

　　1.11容器上方装测温传感器PT100的密封接头(口径)。

　　1.12筒体左右侧面各有两个用于试验产品连线的法兰(口径240，法兰)。

　　1.15筒体后封头装有热沉的两个进出主管道连接法兰(口径φ150，法兰)。

　　1.16筒体后封头还装有一个加热笼电极引线连接法兰(口径φ150，法兰)

　　1.17筒体后封头装有一个，用来安装相应口径电气动闸板阀和3600升/秒抽速分子泵(口径φ400，法兰)。

　　1.18筒体后封头装有一个与低温泵插板阀的法兰(口径φ500)

　　1.19在筒体适当位置安装预抽管道预抽阀的连接法兰 (口径100。

　　1.20在筒体适当位置安装放气阀的连接法兰(KF40)
 

　　七、真空保障系统：

　　1.真空泵

　　1.1主抽泵：使真空室达到极限真空度的真空泵，采用国产的产品，型号：抽速3600L/s

　　1.2副抽泵：使真空室的真空度达到一定水平的真空泵，采用**公司的机械泵，型号：抽速9L/s

　　2.管路

　　全部采用不锈钢金属管道，部分连接采用不锈钢金属波纹管。

　　3.真空测量

　　3.1薄膜规#1：全压强低真空测量，范围105Pa~102Pa，上海振太仪器仪表公司产品。

　　3.2电阻规：用于测量真空室的低真空度，范围105Pa~100Pa，成都正华仪器仪表公司产品。

　　3.3电离规：用于测量真空室的高真空度，范围100Pa~10-5Pa，成都仪器仪表公司产品。

　　3.4 B-A规：用于测量真空室的超高真空度，范围10-2Pa~10-7Pa，北京大学无线电系的产品。

　　4.底架

　　将真空容器与其连成一体，直接固定在地面上，并与其他系统进行合理连接。
 

　　八、温度温保障系统：

　　温度保障系统分为低温热沉、高温加热系统和温度控制系统

　　1. 低温系统

　　低温制冷机组：采用德国比泽尔压缩机，复叠机械制冷压缩机组，用PID温控调节，采用稳定、可靠的制冷方式，并采用进口部件制冷机组。使热沉获得最低的背景温度，此低温制冷机组具有制冷温度低、功耗小、使用方便、性能可靠诸多优点

　　2.高温加热和温度控制系统

　　采用技术先进的调功模块、带有PID自整定的控温仪表配合电阻加热方式的加热笼，使得控温精度更高，安全系数更大。温度控制系统主要通过自动温控仪表温度传感器控制产品的试验温度。

　　加热控制部分包括 加热笼、真空密封加热电极、变压器、调压模块、温度控制箱
 

　　九、热沉系统：

　　主热沉筒材料为紫铜板和紫铜管，结构为肋骨盘管式，外表面镀亮镍，内表面涂F26专用黑漆，热沉置于真空容器内，为产品的试验提供冷黑背景。在容器内安装有支撑架和工作平台。支撑架穿过热沉，固定在真空室壳体上。

　　1.热沉结构形式：肋骨盘管式

　　2.热沉有效尺寸：φ1000×1000mm;

　　3.热沉材料：紫铜;

　　4.热沉工作环境：真空状态

　　5.热沉承内压：>1.3Mpa

　　6.热沉总漏率：<5×10-10 Pam3/s

　　7.热沉内表面吸收率：>0.90;

　　8.热沉内表面：涂黑漆F26;

　　9.热沉外表面：镀亮镍

　　10.热沉壁最低温度：-70℃

　　11.大门热沉：大门配备热沉，使温度均匀度得到保证。制冷机组分一路提供制冷剂。

　　12.工件安装板：用来固定工件用。安装板可以自由推进和抽出。

　　13.工件安装板有固定手段，防止工件工作时产生震动使安装板活动。安装板尺寸待定，承载100kg。

　　14.连接管： 外部连接管采用紫铜管，用喇叭口的连接方式连接，内部连接管金属网保护波纹管，用VCR型密封结构。外部包扎聚乙烯保温管，冷量损失小，外部无结霜现象。
 

　　十、监测系统：

　　1.辅助系统

　　辅助系统包括气泵，冷却循环水机、超温等。

　　2.气泵，提供真空阀门原始动力。(4~6kg/cm2)低噪音空气压缩机或其他气源。

　　3.冷却循环水机

　　冷却分子泵和制冷机组，节约水资源。真空机组用1台，制冷机组用一台。