航天器空间环境模拟设备电子书

内容提要

《航天器空间环境模拟设备》编委会

目录

第1章 航天器简述

1.1 概述

1.2 航天历史

1.3 航天器分类

1.4 人造地球卫星

1.5 无人运输器

1.6 深空探测器

1.7 空间站

1.8 载人飞船

1.9 载人运输器

1.10 航天器运输系统

第2章 航天器空间环境及效应概述

2.1 真空环境对航天器的影响及效应

2.1.1 大气密度对航天器的气动力效应

2.1.2 压力差效应

2.1.3 真空放电效应

2.1.4 辐射传热效应

2.1.5 真空出气（释气）效应

2.1.6 材料蒸发、升华和分解效应

2.1.7 黏着和冷焊效应

2.2 冷黑与太阳辐射对航天器的影响及效应

2.2.1 空间冷黑环境

2.2.2 太阳辐射对航天器的影响及效应

2.3 原子氧与空间带电粒子对航天器的影响及效应

2.3.1 原子氧对航天器的影响及效应

2.3.2 空间带电粒子对航天器的影响及效应

2.4 微重力环境、空间碎片与微流星环境对航天器的影响及效应

2.4.1 微重力环境对航天器的影响及效应

2.4.2 空间碎片（空间垃圾）对航天器的影响及效应

2.4.3 空间微流星环境概述

2.4.4 微流星环境对航天器的影响及效应

2.5 月球环境及其对航天器的影响及效应

2.5.1 近月空间环境

2.5.2 月表环境

2.5.3 月球环境对航天器的影响及效应

2.6 火星环境及其对航天器的影响及效应

2.6.1 火星组成与火星表面形貌特征

2.6.2 火星重力场及其对航天器的影响及效应

2.6.3 火星大气特性

2.6.4 火星表面温度

第3章 空间环境模拟试验

3.1 热真空试验

3.1.1 组件热真空试验的原则

3.1.2 试验说明

3.2 热平衡试验

3.3 真空放电试验

3.3.1 试验要求

3.3.2 试验条件

3.3.3 试验设备及仪器

3.4 原子氧试验技术

3.4.1 试验设备及要求

3.4.2 试验试样

3.4.3 原子氧试验的几个参数计算

3.5 真空-紫外辐照试验

3.5.1 试验设备及其要求

3.5.2 试验条件

3.5.3 试验试样

3.5.4 试验数据处理

3.6 真空-质子辐照试验

3.6.1 试验设备及其要求

3.6.2 试验条件

3.6.3 试验试样

3.7 真空-电子辐照试验

3.7.1 试验设备及其要求

3.7.2 试验条件

3.8 综合辐照试验

3.8.1 试验设备及要求

3.8.2 试验条件

3.9 真空条件下材料挥发性能测试方法

3.9.1 测试条件

3.9.2 测试设备

3.9.3 试样制备

3.9.4 测试程序

3.9.5 数据处理

3.10 热平衡试验和热真空试验实例

第4章 航天器空间环境模拟试验设备基本组成及类型

4.1 空间环境模拟试验设备基本组成

4.1.1 真空室系统

4.1.2 真空抽气系统（真空获得系统）

4.1.3 空间环境效应模拟装置

4.1.4 测控系统

4.2 空间环境模拟试验设备基本类型

4.2.1 真空热环境模拟试验设备

4.2.2 空间摩擦润滑及冷焊效应试验设备

4.2.3 空间辐射环境模拟试验设备

4.2.4 原子氧和紫外效应试验设备

4.2.5 空间碎片及月尘模拟试验设备

4.2.6 空间电推进测试试验设备

4.2.7 空间等离子体模拟试验设备

第5章 空间环境模拟试验设备真空系统

5.1 空间环境模拟试验设备真空系统设计原则

5.2 空间环境模拟试验设备中主要真空参数及计算

5.2.1 真空室的极限压力

5.2.2 真空室的工作压力

5.2.3 真空室的本底压力

5.2.4 真空泵的有效抽速

5.2.5 真空室漏率

5.2.6 真空室中材料出气

5.2.7 粗抽泵抽速计算

5.2.8 分子泵前级泵抽速计算

5.2.9 抽气时间计算

5.3 空间环境模拟试验设备真空系统常用流程

5.3.1 真空获得单元配置

5.3.2 真空测量单元配置

5.4 空间环境模拟试验设备中常用真空泵

5.4.1 螺杆真空泵

5.4.2 涡旋真空泵

5.4.3 罗茨真空泵

5.4.4 多级罗茨真空泵

5.4.5 涡轮分子泵

5.4.6 低温泵

5.4.7 溅射离子泵

5.4.8 钛升华泵

5.5 空间环境模拟试验设备中常用真空规计

5.5.1 热偶真空计

5.5.2 电阻真空计

5.5.3 压阻真空计

5.5.4 电容薄膜真空计

5.5.5 热阴极电离真空计

5.5.6 冷阴极电离真空计

5.5.7 B-A真空计

5.5.8 真空规的安装

5.6 模拟室污染及监测

5.6.1 空间环境模拟试验设备模拟室污染来源与控制

5.6.2 四极质谱计

5.6.3 真空质量监控仪

5.6.4 石英晶体微天平

第6章 空间环境模拟试验设备热模拟系统

6.1 热模拟系统概述

6.1.1 作用、功能及组成

6.1.2 热模拟方式

6.2 热沉

6.2.1 热沉的结构形式

6.2.2 热沉的壁板形式

6.2.3 管翅式热沉的选材

6.2.4 管翅式热沉的结构设计

6.3 空间环境模拟设备低温系统

6.3.1 液氮系统

6.3.2 气氮系统

6.3.3 氦制冷系统

6.3.4 机械制冷系统

6.4 空间环境热流模拟及加热装置

6.4.1 太阳模拟器

6.4.2 红外加热笼

6.4.3 表贴式电阻加热器

6.4.4 气氮加热系统

6.5 热参数测量

6.5.1 温度测量

6.5.2 热流测量

6.5.3 辐照度测量

第7章 空间环境模拟试验设备真空容器设计制造

7.1 真空容器概述

7.2 真空容器设计原则

7.2.1 总体设计要求

7.2.2 焊接要求

7.2.3 圆筒体的形位偏差

7.3 真空容器结构设计

7.3.1 舱门（预紧、运动）

7.3.2 筒体

7.3.3 封头

7.3.4 法兰

7.3.5 鞍座

7.4 真空容器强度设计计算

7.4.1 真空容器强度设计原则

7.4.2 真空容器壳体壁厚计算

7.4.3 真空容器封头壁厚计算

7.4.4 真空容器开孔补强设计

7.4.5 真空容器筒体加强圈设计

7.4.6 外压圆筒和球壳壁厚计算公式

7.4.7 受压平板的应力及挠度计算

7.4.8 容器支撑结构焊缝强度计算

7.5 真空容器有限元分析计算

7.5.1 应力分析

7.5.2 应力分类

7.5.3 真空容器的结构失稳

7.5.4 真空容器的有限元分析

7.6 真空容器制造

7.6.1 真空容器的制作

7.6.2 现场氩弧焊及其注意事项

7.6.3 检漏

7.7 真空容器清洁

7.7.1 清洁处理的目的

7.7.2 真空容器中污染物的来源

7.7.3 清洁处理要求

7.7.4 空间模拟室清洁处理

7.7.5 真空中污染的检测

7.7.6 安装环境洁净度

第8章 空间环境模拟试验设备控制技术

8.1 概述

8.1.1 控制功能

8.1.2 控制对象分类及其特点

8.1.3 控制系统设计原则

8.2 控制系统模式

8.3 空间环境模拟试验设备控制程序设计

8.4 空间环境模拟试验设备人机界面

8.4.1 软件平台简介

8.4.2 人机界面主要功能

8.5 空间环境模拟试验设备的电磁兼容性

8.5.1 电磁兼容性的概念

8.5.2 电磁干扰对空间环境模拟试验设备的危害

8.5.3 空间环境模拟试验设备中电磁干扰的传输方式

8.5.4 空间环境模拟试验设备中电磁干扰的抑制

8.6 空间环境模拟试验设备控制技术发展展望

第9章 真空热环境模拟试验设备

9.1 概述

9.2 热真空试验设备

9.2.1 设备用途

9.2.2 设备组成及功能

9.3 热平衡试验设备

9.3.1 设备用途

9.3.2 设备组成及功能

9.4 热光学试验设备

9.4.1 设备用途

9.4.2 设备组成及功能

9.5 高精度光学成像质量检测环境模拟设备

9.5.1 设备用途

9.5.2 设备组成及功能

第10章 空间摩擦润滑测试及冷焊效应测试试验设备

10.1 空间固体润滑材料真空摩擦学性能评价技术及试验设备

10.1.1 空间固体润滑材料

10.1.2 空间固体润滑材料真空摩擦学性能评价技术

10.1.3 空间固体润滑材料真空摩擦学试验设备

10.2 空间润滑油脂评价技术及试验设备

10.2.1 空间润滑油脂概述

10.2.2 空间润滑油脂饱和蒸气压测试技术与设备

10.2.3 空间润滑油脂真空润滑性能评价技术与设备

10.3 空间活动部件性能评价技术及试验设备

10.3.1 空间活动部件概述

10.3.2 空间典型活动部件性能评价技术及试验设备

10.4 空间材料冷焊效应评价技术与设备

10.4.1 空间材料冷焊效应对航天器活动部件的影响

10.4.2 ESA/ESTEC空间材料冷焊效应评价试验设备

第11章 空间辐射效应模拟试验设备

11.1 空间辐射环境与效应

11.1.1 天然辐射环境

11.1.2 典型轨道辐射环境

11.1.3 空间辐射效应

11.2 辐射效应模拟试验技术

11.2.1 电离总剂量效应模拟试验技术

11.2.2 位移损伤效应模拟试验技术

11.2.3 单粒子效应模拟试验技术

11.3 辐射效应模拟试验设备

11.3.1 概述

11.3.2 总剂量效应模拟试验设备

11.3.3 位移损伤效应模拟试验设备

11.3.4 综合辐照模拟设备

11.3.5 单粒子效应模拟试验设备

第12章 原子氧和紫外效应试验设备

12.1 概述

12.1.1 空间原子氧及其影响因素

12.1.2 原子氧能量

12.2 紫外及其影响因素

12.3 原子氧/紫外效应

12.3.1 原子氧效应

12.3.2 紫外效应

12.4 原子氧效应模拟试验设备

第13章 空间碎片及月尘模拟试验设备

13.1 概述

13.2 空间碎片

13.3 空间碎片模拟试验设备

13.3.1 二级轻气炮装置

13.3.2 激光加速器

13.3.3 等离子体加速器

13.4 空间碎片模拟典型设备

13.5 月尘

13.6 月尘模拟试验设备主要结构

13.7 月尘模拟典型设备

第14章 电推进测试试验设备

14.1 电推进技术简介

14.2 电推进测试与试验

14.2.1 离子推力器组件测试

14.2.2 离子推力器整机测试

14.2.3 系统联试

14.3 电推进测试与试验设备分类、功能及系统组成

14.3.1 推力器地面试验设备分类

14.3.2 推力器地面试验设备功能

14.3.3 电推进测试与试验设备系统组成

14.4 等离子体防护

14.5 电推进试验设备实例

14.5.1 美国电推进试验设备

14.5.2 我国典型电推进试验设备

第15章 空间等离子体模拟试验系统及等离子体诊断技术

15.1 空间等离子体环境概述

15.1.1 等离子体来源

15.1.2 等离子体密度

15.1.3 等离子体温度

15.1.4 等离子体成分

15.2 空间等离子体模拟试验设备建设现状

15.2.1 法国JONAS地面等离子体环境模拟实验系统

15.2.2 意大利INAF-IFSI地面等离子体环境模拟实验系统

15.2.3 美国海军实验室的SPSC等离子体环境模拟实验系统

15.2.4 北京卫星环境工程研究所等离子体环境模拟设备

15.3 典型空间等离子体模拟试验系统技术指标及组成

15.3.1 主要技术指标

15.3.2 系统组成

15.4 真空分系统

15.4.1 真空分系统组成

15.4.2 真空分系统特点

15.4.3 实验舱要求

15.4.4 源舱要求

15.4.5 真空抽气机组

15.4.6 抽气过程

15.4.7 辅助设备

15.4.8 测量控制系统

15.5 离子源

15.5.1 End-Hall离子源

15.5.2 阳极层离子源

15.5.3 考夫曼离子源

15.5.4 射频离子源

15.5.5 电子回旋共振（ECR）离子源

15.5.6 APS离子源

15.6 等离子体相关的探针诊断技术

15.6.1 概述

15.6.2 朗缪尔探针

15.6.3 法拉第探针

15.6.4 阻滞势分析仪

15.6.5 E×B探针

第16章 空间环境要素效应仿真模拟试验技术简介

16.1 概述

16.2 空间环境要素仿真简述

16.2.1 研究领域

16.2.2 数值模拟要点

16.2.3 航天仿真的发展历程

16.2.4 国外研究现状

16.2.5 国内研究现状

16.3 空间热环境仿真

16.3.1 I-DEAS TMG模块简介

16.3.2 用TMG进行航天器热分析的步骤

16.4 空间辐射环境仿真

16.4.1 空间辐射环境模型分析

16.4.2 空间辐射环境仿真系统

16.5 原子氧环境仿真

16.5.1 仿真软件模型构成

16.5.2 航天器位置计算模块

16.5.3 地球大气模型模块

16.5.4 原子氧通量计算模块

16.6 空间碎片仿真

16.6.1 基本框架

16.6.2 三维场景数据的组织

16.6.3 主要空间目标管理

16.6.4 三维场景交互

16.6.5 仿真结果

第17章 国内外空间环境模拟技术及设备概况

17.1 概述

17.2 ZM系列热真空试验设备

17.2.1 ZM3000光学遥感器空间环境模拟试验设备

17.2.2 ZM4300高性能光学遥感器空间环境模拟设备

17.2.3 ZM系列小型空间环境模拟试验设备

17.3 KM系列空间环境模拟试验设备

17.3.1 KM6000空间环境模拟试验设备

17.3.2 KM2空间模拟器

17.3.3 KM4空间模拟器

17.3.4 KM6空间模拟器

17.3.5 KM8空间模拟器

17.4 国外典型的空间环境模拟技术研究机构及设备简介

17.4.1 美国

17.4.2 欧洲太空局

17.4.3 日本宇宙航空研究开发机构

17.4.4 俄罗斯国家航天集团公司

17.4.5 印度空间研究组织

17.4.6 各国大型空间环境模拟设备汇总

17.5 空间效应试验设备

17.6 空间辐射定标及光学遥感器试验设备

17.6.1 红外遥感器辐射定标设备

17.6.2 空间光学遥感器试验设备

17.7 电推进试验设备

17.7.1 兰州空间技术物理研究所电推进器试验设备

17.7.2 国外电推进器试验设备

参 考 文 献