Testy naziemne i szkolenia są niezależne od technologii symulacji i sprzętu symulacyjnego. Aby zrozumieć technologię symulacji i urządzenia symulacyjne, należy najpierw poznać załogowe środowisko kosmiczne.

Środowisko próżniowe i simulacja

Na wysokości 500 km orbity załadowanego statku kosmicznego próżnia kosmiczna wynosi około 10-6 Pa; Na wysokości orbitalnej 1000 km próżnia kosmiczna wynosi około 10-8 Pa.

Podczas przeprowadzania testów symulacji cieplnej środowiska kosmicznego statków kosmicznych i kosmicznych (głównie testów próżni cieplnej i testów równowagi cieplnej), obawy dotyczą głównie wpływu środowiska próżni na właściwości cieplne próby. Gdy próżnia osiągnie poziom powyżej 10-2 Pa, promieniowanie stało się główną formą przenoszenia ciepła, a efekt konwencji i przenoszenia ciepła można zignorować. W związku z tym poziom próżni symulowany przez urządzenie do symulacji kosmicznej osiągnął poziom wielkości 10-3 Pa i był w stanie bardziej realistycznie symulować efekt wymiany ciepła w środowisku próżniowym orbity lotu statku kosmicznego, bez konieczności dążenia do wyższego poziomu próżni. Tylko niektóre specjalne testy, takie jak próżniowe tarcie suche i badania spawania na zimno, wymagają wyższego poziomu sprzętu testowego.

Środowisko promieniowania słonecznego i symulacja

Słońce w każdej chwili emituje ogromną energię do przestrzeni kosmicznej, światło słoneczne pokrywa szeroki obszar od 10-14 metrów (promieniowanie gamma) do 104 metrów (fale radiowe), światło słoneczne o różnych długościach fal i różnej energii promieniowania. Energia promieniowania widzialnego i podczerwonego stanowi ponad 90% całkowitej energii promieniowania słonecznego.

Podczas lotu na orbitę statki kosmiczne i zestawy kosmiczne odbierają głównie trzy części energii promieniowania: energię ze światła widzialnego i promieniowania podczerwonego Słońca, energię odzwierciedlaną przez Ziemię promieniowaniem słonecznym i energię cieplnego promieniowania atmosfery Ziemi. Energia ta wchłaniana przez statki kosmiczne i kosmiczne odzieżowe wpływa na ich temperaturę i rozkład, a wielkość wchłanianej energii zależy od ich kształtu strukturalnego, właściwości materiału powierzchniowego i orbity lotu. Długość fali mniejsza niż 300 nanometrów promieniowania ultrafioletowego, chociaż energia promieniowania stanowi tylko niewielką część całkowitej energii promieniowania słonecznego, może powodować znaczną zmianę właściwości optycznych powierzchni materiału. Efekt promieniowania ultrafioletowego objawia się głównie efektem fotochemicznym i efektem kuantowym światła.

Próby symulacji promieniowania słonecznego umożliwiają symulację efektów termicznych i fotochemicznych spektra słonecznego na statki kosmiczne i zestawy kosmiczne. Jeśli symuluje się tylko efekt ciepła, nazywa się to symulacją przepływu ciepła pozakosmicznego. Istnieją dwie metody symulacji przepływu ciepła pozakosmicznego, jedna z nich jest metoda symulacji przepływu wejściowego, znana również jako metoda symulacji słonecznej; Inną klasą jest metoda symulacji przepływu ciepła absorpcyjnego, zwana również metodą symulacji podczerwonej. Ogólny kształt i kształt materiału powierzchniowego złożonych prób, zaleca się zastosowanie metody symulacji słonecznej; Zasada kształtu, materiał powierzchniowy kształt pojedynczej próby, można zastosować metodę symulacji podczerwonej. Jeśli konieczne jest symulowanie efektów fotochemicznych środowiska promieniowania ultrafioletowego, można go wykonać za pomocą symulatora promieniowania ultrafioletowego.

(3) Środowisko kosmiczne i simulacja

Równoważna temperatura w zimnym, czarnym środowisku kosmicznym wynosi około 3 K i współczynnik pochłaniania ciepła wynosi 1, co może być postrzegane jako idealne ciało czarne bez promieniowania ciepła i odbicie ciepła. Gdy nie ma promieniowania słonecznego, przestrzeń kosmiczna jest całkowicie „zimna” i „czarna”. W tym zimnym, czarnym środowisku cała energia cieplna emitowana przez obiekt jest całkowicie wchłaniana, dlatego jest również nazywana środowiskiem cieplnego zanurzenia. Środowisko zimno-czarne ma duży wpływ na właściwości cieplne statku kosmicznego i zestawu kosmicznego poza kapsulą, opracowanie statku kosmicznego i zestawu kosmicznego poza kapsulą musi przeprowadzić odpowiednie testy próżni cieplnej i równowagi cieplnej w symulowanym środowisku zimno-czarnego, aby zweryfikować, czy jego konstrukcja cieplna i właściwości cieplne spełniają wymagania.

Aby symulować środowisko zimnego i czarnego w przestrzeni, często używane są elementy wykonane z aluminium, miedzi lub stali nierdzewnej, powlekane są na powierzchni wewnętrznej specjalnie wykonaną czarną farbą o wysokiej absorpcji i przeprowadzane są ciekłe azoty do wnętrza elementu, urządzenie to nazywane topnieniem cieplnym. Obecnie wszystkie kraje kosmiczne na świecie wykorzystują ten ciepły azot jako źródło zimnego do symulacji środowiska zimnego i czarnego w kosmosie, ponieważ teoretyczne obliczenia analizy ciepła i analiza danych badawczych wykazały, że temperatura ciekłego azotu 77K i współczynnik wchłaniania ponad 0,9 do symulacji środowiska zimnego i czarnego w kosmosie, błąd symulacji wynosi tylko około 1%, w pełni może spełnić wymogi symulacji środowiska zimnego i czarnego. Ponadto dążenie do niższych temperatur jest niepotrzebne i znacznie zwiększy trudność techniczną i inwestycje w urządzenia analogowe.