热真空试验

一、定义与核心功能

热真空试验是模拟航天器在宇宙空间极端环境下运行的综合性地面试验技术，通过建立真空、冷黑背景及交变温度场环境，验证航天器及其组件在热真空条件下的功能稳定性与可靠性‌。

该试验系统由高真空舱体、温度控制单元、数据采集模块等构成，可复现太空环境中的热循环冲击（-180℃至+150℃）、分子逸散效应、材料真空释气等关键特性‌。

二、试验系统构成及技术指标

‌核心子系统‌

‌真空生成系统‌：采用机械泵与低温泵组合，前级旋片泵将舱压降至5Pa量级后，低温泵通过15K极冷吸附实现≤1×10⁻⁵Pa超高真空环境‌。

‌温度控制系统‌：由紫铜热沉、二级制冷压缩机及电加热装置组成，热沉表面涂覆发射率≥0.90的航空黑漆，通过辐射传热实现试件温度循环‌。

‌数据监测单元‌：集成电阻规（皮拉尼真空计）与电离真空计，覆盖1×10⁵Pa至1×10⁻⁵Pa全量程压力监测，温度传感器精度达±0.5℃‌。

‌典型参数‌

‌有效容积‌：φ600mm×700mm（可扩展至φ800mm级）

‌极限真空度‌：≤5×10⁻⁶Pa（经24小时持续抽气验证）

‌温度范围‌：-196℃（液氮制冷）至+200℃（电阻丝加热）

‌变温速率‌：≥15℃/min（双向控制）‌

三、标准化试验流程

‌预处理阶段‌

试件在23℃/50%RH环境下平衡24小时，消除环境湿度影响‌。

‌真空建立与温度加载‌

分阶段启动机械泵与低温泵，6小时内建立工作真空；通过热沉辐射与安装板传导实现温度循环（如-55℃→+85℃保持4小时/循环）‌。

‌性能监测与失效分析‌

实时采集试件电参数、机械形变等数据，利用质谱仪检测材料释气产物（CVCM需≤0.10%），判定密封件渗透率与电子器件抗冷焊能力‌。

四、应用场景与技术拓展

‌航天器验证领域‌

‌整星试验‌：验证热控系统在轨散热性能，如载人飞船联舱试验需模拟舱内外压差（10⁻³Pa vs. 常压）‌。

组件级测试：太阳电池阵展开机构在真空冷浸条件下的运动可靠性验证。

‌新材料开发‌

开展125℃/24小时真空释气试验，筛选满足TML≤1.00%标准的航天级聚合物‌。

‌军民融合领域‌

改良设备用于高精度光学元件镀膜工艺验证，控制真空腔体微粒污染≤100个/m³‌。

五、标准体系与发展趋势

‌现行规范‌

GJB标准明确试验条件需覆盖10⁻⁶Pa真空度与-180℃/+150℃温度边界，要求试验设备年泄漏率≤1×10⁻⁴Pa·m³/s‌。

‌技术演进方向‌

‌多场耦合模拟‌：集成10keV电子辐射源，实现热-真空-辐照协同试验。

‌智能化控制‌：基于数字孪生技术构建试验预测模型，压缩50%试验周期‌。

六、挑战与应对策略

‌大尺寸试件适配‌

研制φ3m级真空舱体，采用模块化热沉拼接技术，温度均匀性控制在±3℃内‌。

‌低释气材料开发‌

推广聚酰亚胺/陶瓷复合涂层，使CVCM值降至0.05%以下‌。