基本介紹
- 中文名：太空飛行器試驗
- 外文名：Spacecraft test
基本介紹,分類,地面試驗,力學環境模擬,空間環境模擬,
基本介紹
為驗證太空飛行器的性能、壽命和可靠性而進行的全面檢測試驗。太空飛行器試驗繼承火箭試驗的程式和技術，並在此基礎上發展了空間環境試驗，一般分為研製試驗、鑑定試驗、驗收試驗、壽命試驗和可靠性試驗等。試驗對象為零件、部件、分系統和太空飛行器整體。零部件的環境應力篩選試驗、回收系統的試驗、姿態控制系統的試驗、溫度控制系統的熱真空試驗、結構系統的模態試驗等，是太空飛行器整體試驗的基礎。環境試驗是太空飛行器整體試驗的主要內容，環境試驗技術和設備十分複雜。美國和蘇聯都建有規模龐大、設施完善的太空飛行器環境試驗基地。中國自70年代以來，已逐漸建成較完整的太空飛行器環境試驗體系，基本能滿足各類套用衛星環境模擬試驗的需要。其中最大的空間環境模擬器容積約為 400立方米。環境模擬試驗技術的研究也有很大進展，並廣泛採用微型電子計算機系統，使試驗過程的控制、試驗數據的採集和處理分析自動化。
X-37B空天飛機準備進行發射試驗
X-37B空天飛機準備進行發射試驗分類
太空飛行器試驗通常要求在模擬的某種地面運輸、發射或空間環境下進行，以考核太空飛行器在實際運行環境下的性能。為此必需建立一整套太空飛行器環境試驗設施。這些設備分為地面環境模擬設備、力學環境模擬設備和空間環境模擬設備三大類。
太空飛行器試驗繼承了火箭試驗的程式和技術，並在此基礎上發展了空間環境試驗。太空飛行器試驗一般分為研製試驗、鑑定試驗、驗收試驗、壽命試驗和可靠性試驗等。試驗對象為零部件、分系統和太空飛行器整體。太空飛行器整體試驗分為地面試驗和飛行試驗兩個方面。
地面試驗
太空飛行器的地面試驗包括環境模擬試驗、功能試驗和協調試驗。
1、環境模擬試驗
在模擬使用條件下考核太空飛行器的功能和適應性。試驗的主要內容包括振動試驗、衝擊試驗、聲學試驗（見動力學環境試驗）、運輸環境試驗、地面調溫試驗、熱真空試驗、磁環境試驗等。載人太空飛行器還應進行密閉生態系統試驗、航天員艙外生命保障系統綜合試驗、救生系統試驗、載人登月艙試驗。行星和行星際探測器還要考慮各種特殊環境，如強太陽光照射、強粒子輻射環境、進入行星大氣的特殊熱環境、特殊大氣環境效應等的影響。太空梭還須進行返回的防熱和著陸試驗等。在太空飛行器所處的複雜環境中，有些因素對太空飛行器影響不大,而模擬它們要付很大的代價,有些因素在地面難以模擬，因此在選擇模擬試驗的原理和方法時，往往只考慮對太空飛行器功能、壽命和可靠性影響較大的那些因素。模擬的工作狀態包括：地面運輸、發射、在宇宙空間運行、機動變軌、對接、再入大氣層、在星球上著陸等。對於太空飛行器環境試驗一般都制定有通用的規範和以它為指導的某一太空飛行器環境試驗規範。為了試驗還須建設通用和專用的環境模擬試驗設施，如振動試驗系統、衝擊試驗器、聲學試驗裝置、動力學模擬器、運輸環境模擬器、空間環境模擬器、磁環境模擬器、高能粒子輻射模擬器、微流星撞擊模擬器、電磁禁止吸波室、地面調溫試驗室等以及與這些設施配套的各種儀器設備。
80年代在太空飛行器的環境試驗領域中開展了一些新的技術研究：①費用有效的試驗原則：為了節約研製經費,縮短研製周期,費用效果的分析方法日益受到重視。近年來提出用價值工程的概念經系統分析找出試驗效果與費用的關係，以便用最少的試驗費用獲得最好的試驗效果，並以此為原則指導修訂試驗規範和試驗計畫。如原型飛行模型試驗原理和環境試驗裁剪原則就是適應這種要求而提出的新方法。②計算機輔助試驗技術：充分利用計算機處理分析功能，實時處理和計算分析試驗過程的數據和結果，以較短時間得出最終試驗結果。也可分段試驗,輔以計算分析處理,以推斷某些大型太空飛行器的整體試驗結果和修正試驗誤差。③仿真試驗技術：將模擬計算機與數字計算機結合，採用太空飛行器的部分真實系統，在試驗室內模擬太空飛行器從準備發射到空間運行全過程的狀態，用以進行航天系統的協調檢查、系統考核和人員訓練。
2、功能試驗
在模擬的環境下全面檢測太空飛行器各系統的功能。一般與環境模擬試驗結合進行。在模擬各種極端環境的條件下測定和試驗各系統的功能，並與正常狀況下的測定結果進行分析比較，以便作出結論。自旋試驗、天線展開試驗等均屬於功能試驗，電磁相容性試驗既是一種環境試驗，也是一種功能試驗。
太空飛行器試驗
太空飛行器試驗3、協調試驗
在飛行試驗前進行協調試驗，以檢查太空飛行器與運載火箭、發射設施、測控跟蹤系統之間的協調性，如太空飛行器與火箭對接試驗、系統銜接試驗、程式性試驗等均屬此類。在太空飛行器研製後期，有時完全按發射程式和內容在發射場進行航天系統的實際操作演練。在測試區也進行類似的協調試驗，但試驗的內容和要求有所不同。
太空飛行器正式套用前在真實空間飛行環境下進行的各種試驗。目的是考核太空飛行器的功能和實用性，判斷它是否符合設計的要求和確定需要改進的項目，藉助各種遙測手段獲取信息，為太空飛行器的鑑定和發展提供數據。一般太空飛行器的飛行試驗（試驗性的發射）與套用飛行結合在一起進行，根據需要有時也單獨安排。
力學環境模擬
力學環境模擬設備提供太空飛行器在運輸、發射、分離、返回等過程中經歷的振動、噪聲、衝擊、過載等力學環境。主要設備有各種提供振動環境的振動台和運輸振動台，用於衝擊試驗的衝擊試驗機、用於噪聲試驗的聲學混響室、提供過載環境的離心機。大型的振動台和聲學混響室可供太空飛行器整體進行試驗。
空間環境模擬
空間環境模擬設備種類繁多，主要有提供空間高真空、低溫背景和外熱流的熱真空試驗設備；提供空間零磁環境或其他磁環境的磁試驗設備及提供各種空間輻照、地磁亞暴、原子氧、微流星和空間碎片撞擊、微重力等環境條件的試驗設備。這些設備中大型熱真空設備規模最大、投資最大，也最為重要。這種設備也供太空飛行器整體進行空間熱真空試驗。設備的主體是真空容器，容器內壁通以液態氮，使其溫度保持-196℃的低溫；真空機組可使容器維持10-3Pa的真空；太陽模擬器輻射出近似陽光的光譜；容器內的轉台可改變太空飛行器的姿態位置。美國宇航局的大型熱真空設備容器，直徑為19．8m，高達35．6m，已用於阿波羅飛船整體和太空梭艙段的試驗。每小時的運行費用超過1萬美元。
