空間低溫冷罩地面試驗設(shè)備是用于對冷罩性能進行驗證的大型試驗系統(tǒng)，具有真空系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)裝置、稱重裝置、熱輻射裝置、低溫液體加注系統(tǒng)、動態(tài)和靜態(tài)溫度測量裝置，可以模擬冷罩隨飛行器在空間飛行時的真空、輻照環(huán)境及空間旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。本文介紹了試驗設(shè)備的組成及設(shè)計，分析了真空室壓力對冷罩換熱程度的影響。對研制的試驗設(shè)備進行了性能測試，結(jié)果表明該設(shè)備運行穩(wěn)定、可靠，滿足空間低溫冷罩的各項試驗要求。

　　空間低溫冷罩是包覆在飛行器外部的一個輕薄、高效的低溫容器，通過低溫液體相變制冷的原理降低冷罩外表面溫度，從而有效降低飛行器的紅外輻射強度�？臻g低溫冷罩地面試驗裝置是用來對冷罩性能進行驗證的大型試驗系統(tǒng)，用于驗證冷罩在空間的傳熱效果、冷罩結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性、冷罩的表面溫度分布及低溫維持時間等。本文介紹了空間低溫冷罩地面試驗設(shè)備的組成及設(shè)計，分析了真空室壓力對冷罩內(nèi)部換熱程度的影響，給出了試驗設(shè)備的性能測試結(jié)果。

1、主要技術(shù)要求及指標

　　空間低溫冷罩地面試驗設(shè)備主要技術(shù)要求及指標如下：

　　(1) 真空室可容納低溫冷罩垂直和水平放置，實現(xiàn)對冷罩加注低溫液體期間抽真空，以防止冷罩表面結(jié)霜，也可維持冷罩加注低溫液體完畢后的真空度，以模擬冷罩空間飛行時的真空環(huán)境，空載時真空室壓力≤10 Pa，有載時真空室壓力≤800 Pa；

　　(2)垂直和水平旋轉(zhuǎn)裝置，可以模擬冷罩的空間自旋狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)速度在(0～120)rpm 內(nèi)可調(diào)，水平旋轉(zhuǎn)裝置上翹10°；

　　(3)稱重裝置可以實現(xiàn)對低溫液體蒸發(fā)量的測量，測量精度≤50g；

　　(4)熱輻射裝置，可模擬空間輻照環(huán)境，熱流密度在(200～1000)W/m2 可調(diào)；

　　(5)低溫液體加注系統(tǒng)，加注總流量≥3 L/min，加注完成后，可實現(xiàn)加注管路和低溫冷罩之間的自動斷開和自密封；

　　(6)動態(tài)和靜態(tài)溫度測量裝置，溫度測量范圍(77～300)K，精度±1 K，動態(tài)溫度測量裝置能隨冷罩在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下工作，可連續(xù)工作時間>60 min，溫度數(shù)據(jù)采集間隔<5 s。

2、試驗設(shè)備組成及設(shè)計

　　2.1、試驗設(shè)備組成

　　試驗設(shè)備由真空室、真空機組、測溫儀、電子稱、低溫液體加注系統(tǒng)及熱輻射裝置等組成，如圖1 所示。真空室用來模擬飛行器空間飛行時的真空環(huán)境，真空抽氣機組由一臺ZJ-600 羅茨泵(主泵)、兩臺2X-70 旋片泵(前級泵) 及一臺H-300A 滑閥泵(輔助泵)組成，用于對真空室抽真空，維持冷罩試驗過程中真空室的壓力。冷罩置于真空室內(nèi)并安放在旋轉(zhuǎn)臺上。熱電偶溫度傳感器粘貼在低溫冷罩表面，靜態(tài)測溫儀置于真空室外，用于測量冷罩表面的溫度分布和溫度變化。電子稱置于冷罩下方，用于測量冷罩加注液氮后的總重量變化。熱輻射燈陣采用5 kW 碘鎢燈光源進行加熱，根據(jù)熱量等效原則對冷罩模擬空間熱輻射。

1. 機械泵；2. 滑閥泵；3. 羅茨泵；4. 垂直旋轉(zhuǎn)機構(gòu)；5. 電子稱；6 . 測溫儀；7.水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)；8.真空室；9.低溫冷罩；10.加注管路；11.真空計；12.放空閥；13.熱輻射裝置；14. 液氮容器；15. 加注接頭；16.活動封頭；17.控制柜

圖1 空間低溫冷罩地面試驗設(shè)備組成圖

4、試驗裝置性能測試

　　空間低溫冷罩試驗設(shè)備加工安裝完成后，進行了性能測試試驗。首先對真空室的空載動態(tài)壓力進行了測試，其極限壓力小于10 Pa，然后對負載狀態(tài)下的真空室壓力進行了測試。測試過程如下：將冷罩置于真空室內(nèi)，啟動真空系統(tǒng)的前級泵和滑閥泵，對冷罩加注液氮，加滿液氮后，關(guān)閉加注閥，停止加注，通過自動控制使冷罩上的加注接頭脫落，冷罩旋轉(zhuǎn)，開啟羅茨泵，維持真空室壓力，記錄冷罩表面的溫度分布和低溫維持時間。整個測試過程中，真空室壓力變化如圖2 所示。

圖2 低溫冷罩試驗裝置真空室壓力變化

　　從圖2 可以看出，開啟真空系統(tǒng)4 min 后，真空室壓力降至一千多帕，冷罩開始加注液氮后，由于液氮大量汽化蒸發(fā)，真空室內(nèi)的壓力處于上升狀態(tài)，最大壓力在2 萬帕左右，冷罩加滿液氮后，整個冷罩中的液氮已經(jīng)處于穩(wěn)定蒸發(fā)狀態(tài)，壓力重新降至千帕。開啟羅茨泵后，真空室內(nèi)的壓力很快降低，將真空室壓力維持在約300 Pa的水平，與理論計算相符，滿足低溫冷罩試驗的性能指標要求。

5、結(jié)束語

　　空間低溫冷罩地面試驗設(shè)備是驗證冷罩性能的最重要的大型試驗系統(tǒng)，設(shè)備中的真空系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)裝置、稱重裝置、熱輻射裝置、低溫液體加注系統(tǒng)、動態(tài)和靜態(tài)溫度測量裝置滿足空間冷罩的各項試驗要求，成功地實現(xiàn)了對冷罩空間性能的試驗驗證。試驗期間，設(shè)備運行穩(wěn)定、可靠，獲得了有效數(shù)據(jù)，為項目的順利結(jié)題起到了重要作用。該設(shè)備還可用于其它大型低溫產(chǎn)品的空間試驗驗證，具有較為廣泛的用途。