空間低溫冷罩地面試驗設備是用于對冷罩性能進行驗證的大型試驗系統，具有真空系統、旋轉裝置、稱重裝置、熱輻射裝置、低溫液體加注系統、動態和靜態溫度測量裝置，可以模擬冷罩隨飛行器在空間飛行時的真空、輻照環境及空間旋轉狀態。本文介紹了試驗設備的組成及設計，分析了真空室壓力對冷罩換熱程度的影響。對研制的試驗設備進行了性能測試，結果表明該設備運行穩定、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。空間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，用于驗證冷罩在空間的傳熱效果、冷罩結構設計的合理性、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備的組成及設計，分析了真空室壓力對冷罩內部換熱程度的影響，給出了試驗設備的性能測試結果。

1、主要技術要求及指標

　　空間低溫冷罩地面試驗設備主要技術要求及指標如下：

　　(1) 真空室可容納低溫冷罩垂直和水平放置，實現對冷罩加注低溫液體期間抽真空，以防止冷罩表面結霜，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)垂直和水平旋轉裝置，可以模擬冷罩的空間自旋狀態，旋轉速度在(0～120)rpm 內可調，水平旋轉裝置上翹10°；

　　(3)稱重裝置可以實現對低溫液體蒸發量的測量，測量精度≤50g；

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

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

　　(6)動態和靜態溫度測量裝置，溫度測量范圍(77～300)K，精度±1 K，動態溫度測量裝置能隨冷罩在旋轉狀態下工作，可連續工作時間>60 min，溫度數據采集間隔<5 s。

2、試驗設備組成及設計

　　2.1、試驗設備組成

　　試驗設備由真空室、真空機組、測溫儀、電子稱、低溫液體加注系統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。冷罩置于真空室內并安放在旋轉臺上。熱電偶溫度傳感器粘貼在低溫冷罩表面，靜態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. 垂直旋轉機構；5. 電子稱；6 . 測溫儀；7.水平旋轉機構；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備組成圖

4、試驗裝置性能測試

　　空間低溫冷罩試驗設備加工安裝完成后，進行了性能測試試驗。首先對真空室的空載動態壓力進行了測試，其極限壓力小于10 Pa，然后對負載狀態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，啟動真空系統的前級泵和滑閥泵，對冷罩加注液氮，加滿液氮后，關閉加注閥，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，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，真空室內的壓力處于上升狀態，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處于穩定蒸發狀態，壓力重新降至千帕。開啟羅茨泵后，真空室內的壓力很快降低，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、結束語

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