一、執(zhí)行標準
按照設備設計制造應符合GB/T32221-2015 《真空技術航天器用真空熱環(huán)境模擬試驗設備 通用技術條件》、QJ20126-2012《航天器空間環(huán)境模擬試驗設備真空容器規(guī)范》、QJ20127-2012 《航天器空間熱環(huán)境試驗設備技術要求》對各項指標進行驗收。終驗收所需檢具、工具由乙方免費提供，未盡事項按GJB-150《設備環(huán)境試驗方法》驗收。
二、設備的用途及特點
該設備主要用于月球表面的高真空狀態(tài)下的高低溫試驗、低氣壓放電試驗，也可作為其他小部件在軌的模擬試驗設備。
此技術方案是設計制造該設備的依據(jù)之一。此套設備包括五個方面：熱真空模擬容器、真空保障系統(tǒng)、高低溫保障系統(tǒng)、熱真空狀態(tài)控制與顯示系統(tǒng)、輔助配套系統(tǒng)。根據(jù)此技術方案研制出的設備能夠真實地模擬真空空間的冷熱環(huán)境，并能對空間的真空度及溫度進行有效的控制、監(jiān)測和記錄。設備有以下的一些特點。
整套設備真空系統(tǒng)采用低溫泵為主泵，螺桿干泵做前級和預抽泵，可以獲得無油試驗要求的工作真空度;溫度控制方面采用機械制冷獲得低溫背景，通過的智能PID溫控儀來控制加熱籠的加熱電流，從而準確控制溫度;低溫的獲得采用了的機械制冷技術，省去了使用液氮制冷時帶來的耗費。控制系統(tǒng)方面采用工控機和PLC聯(lián)合控制，工控機顯示界面清晰易懂，PLC控制準確可靠，故障診斷簡單。另外還可以根據(jù)用戶的工藝要求，制作不同的溫度曲線配方，存儲在工控機中，在試驗中供用戶選擇調(diào)用，用戶進行試驗操作時易于掌握?？傊?，該設備真空度高、溫度易于控制且均勻性好、長期運轉穩(wěn)定可靠、并可連續(xù)工作30天以上、操作使用簡單方便。該設備具有一定的專用性和通用性，是空間環(huán)境模擬試驗的設備。
三、設備系統(tǒng)主要技術指標
(1)熱沉內(nèi)尺寸：φ1000X1000mm(直段)
(2)真空箱內(nèi)支架：承載：≧60kg，平臺可滑動，平臺尺寸長X寬為950mmX700mm;
(3)真空室內(nèi)尺寸：φ1100X1100mm(直段)
(4)極限空載真空度：≤5X10-5Pa，
(5)空載真空度：< 1X10-4Pa(室溫)(開插板閥4小時內(nèi)到達)
(6)帶載真空度 ≤5X10-4Pa，
(7)抽真空速率：艙內(nèi)常溫環(huán)境下，從常壓到20pa不小于10min,
從常壓到5X10-4Pa，含負載≤150min
(8)試驗溫度范圍：-70℃～+150℃(機械制冷+紅外熱籠)
(9)溫度變化速率：≧1℃/min(變化速率在驗收試件上測量)
升溫從-70℃到+85℃全程平均
降溫從+85℃到-70℃全程平均
(10)試件發(fā)熱功率：
(11)溫度均勻度：±3℃(在溫度穩(wěn)定情況、真空狀態(tài)下)
(12)溫度控制精度： ±1℃(在溫度穩(wěn)定下測量)
(13)控溫方式：PLC與手動并存，所有操作都在計算機上實現(xiàn)，計算機自動指令、計算機自動顯示、自動監(jiān)測、分路自動報警和保護、并有故障自動診斷功能，工控機模塊管理系統(tǒng)，有相應的互鎖裝置，可熱議編程做溫度循環(huán)試驗。
(14)溫度控制點：共20個(其中1個控制點，19個測量點)
(15)污染度分析：用微量天平測試污染量。天平的頻率：20MHz。
(16)殘余氣體分析：用四極質(zhì)譜儀監(jiān)測容器內(nèi)的殘余氣體。質(zhì)量范圍：200質(zhì)量數(shù)、H200M(英?？倒?
(17)低氣壓放電條件：真空范圍1.33Pa常壓處可實現(xiàn)壓力保持。
(18)設備噪音：≤75dB(距離地面1.5米，距離控制器1米)預驗收在現(xiàn)場測
四、設備配置要求
(1)設備總配置：需配齊所有的外設(循環(huán)水機、氣源、多種法蘭等)
(2)抽氣系統(tǒng)：
A 主抽分子泵：3600L/s
B 前級泵：真空泵德國萊寶或北儀優(yōu)成，
(德國萊寶工期5個月 質(zhì)保1年，北儀優(yōu)成工期3個月 質(zhì)保2年，可選)
(4)真空測量系統(tǒng)：選國內(nèi)質(zhì)量好的皮拉尼、電離計、數(shù)顯真空計
(5)加熱及制冷系統(tǒng)：采用新技術的進口制冷水冷壓縮機組，用PID溫控調(diào)節(jié)，采用穩(wěn)定、可靠的控溫方式，即機械制冷+熱籠控溫。其他制冷系統(tǒng)部件均采用良好的部件。
(6)熱沉結構：使用放氣量極小的紫銅或不銹鋼制成，并且熱沉溫度分布均勻。
(7)真空室： 采用不銹鋼1Cr18Ni9Ti，或其他性能更好的不銹鋼，應8mm為宜。
(8)觀察窗：大門直接200mm 觀察窗。
(9)內(nèi)部照明：100W
(10)真空法蘭：在容器兩側開多個240mm的法蘭。
(11)測量位置：皮拉尼、電離規(guī)安裝在容器前部。
(12)容器內(nèi)支架板：支架板的尺寸應盡可能大，支架板的受力點應在罐體上，冷板可調(diào)平。
(13)總控制系統(tǒng)：此套設備為全自動控制系統(tǒng)。
(14)設備特點：此設備為臥式純無油高真空系統(tǒng)。
(15)在分子泵抽氣口位置安裝機械冷阱(分子泵只在特殊條件下使用)。
五、控制管理和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能要求
(1) 控制管理
通過PLC進行管理，PC機自動控制被試驗品試驗(可任意編程做溫度循環(huán)試驗)。真空分系統(tǒng)、溫度循環(huán)系統(tǒng)、容器復壓、水循環(huán)系統(tǒng)、測量系統(tǒng)等的全部工作狀態(tài)進行控制管理，并且有脫離計算機的手動控制系統(tǒng)，其功能如下：
在屏幕上顯示被試品試驗分段曲線和試驗時顯示當前試驗在全程中的具體位置，并具有打印功能。
在屏幕上實時顯示真空分系統(tǒng)各組元的工作狀況圖，疊加數(shù)采獲得的各處真空度，并具有打印功能。
在屏幕上實時顯示 真空泵干泵、分子泵、閘板閥、放氣閥、低溫再生、電離計烘烤等的操作功能。
在屏幕上實時顯示低溫泵各類參數(shù)及各類曲線。
在屏幕上實時顯示各類已發(fā)生的操作事件，具有各分系統(tǒng)故障報警顯示、鳴笛等安全保護措施。
既能實現(xiàn)真空試驗，又能實現(xiàn)真空、溫度復合試驗，且真空和溫度均能實現(xiàn)定值控制，并能按要求進行自動記錄溫度值和真空值，同時自動形成圖形，配備USB接口數(shù)據(jù)可以excel文件格式導出。
(2) 數(shù)據(jù)采集
配30個Pt-100溫度傳感器，傳感器在試驗中可自由切換控制熱沉、試件溫度。
設備控制采用自動控制程序。
接插柱需要40個，電流10安。
Y-27接插件共300針。
實時采集，顯示真空分系統(tǒng)真空容器和其它各處真空度，并疊加在工作狀況圖上，具有打印功能。
實時采集，顯示被試品不同測點的溫度，具有打印功能。
對已發(fā)生的各壓力、溫度具有存儲功能，具有打印功能。
污染量與殘余氣體量動態(tài)曲線實時顯示與輸出。
軟件具有自主知識產(chǎn)權，終生免費進行升級與維護。
六、設備組成設計
1.設備主要由以下幾大部分組成：
(1)真空模擬容器(真空室及內(nèi)部支架)
(2)真空保障系統(tǒng)(真空泵、閥門、管路及真空測量)
(3)溫度保障系統(tǒng)：
低溫制冷系統(tǒng)：(區(qū)域溫度控制制冷機組、熱沉、低溫閥門及連接管)
加熱控溫系統(tǒng)：(加熱籠、加熱電源)
(4)控制監(jiān)測系統(tǒng)(機柜、工控機、PLC、)。
(5)輔助配套系統(tǒng)(氣泵、冷卻循環(huán)水機、污染監(jiān)測)
七、設備分系統(tǒng)技術內(nèi)容：
1.真空模擬容器
1.1真空容器結構形式：臥式圓筒形筒體，支撐架直接落地，后端為封頭，與筒體焊死，前端為封頭大門。
1.2真空容器材料：不銹鋼304，壁厚不低于8mm。
1.3真空容器尺寸：φ1100X1100mm(直段部分尺寸)。
1.4真空容器中心距地面高度：1500mm
1.5筒體內(nèi)安裝熱沉，熱沉內(nèi)安裝加熱籠,加熱籠內(nèi)有導軌、試件平臺。
1.6大門法蘭采用出氣率低的氟橡膠圈密封。
1.7容器有良好的接地，對地電阻≤0.1Ω。
1.8大門中心裝有一個玻璃觀察窗(口徑240形式)。
1.9筒體上方裝有高、低真空測量，薄膜規(guī)，開兩個大法蘭(口徑)。
1.10容器上方裝低壓12V照明燈和相應的密封接頭(口徑)。
1.11容器上方裝測溫傳感器PT100的密封接頭(口徑)。
1.12筒體左右側面各有兩個用于試驗產(chǎn)品連線的法蘭(口徑240，法蘭)。
1.15筒體后封頭裝有熱沉的兩個進出主管道連接法蘭(口徑φ150，法蘭)。
1.16筒體后封頭還裝有一個加熱籠電極引線連接法蘭(口徑φ150，法蘭)
1.17筒體后封頭裝有一個，用來安裝相應口徑電氣動閘板閥和3600升/秒抽速分子泵(口徑φ400，法蘭)。
1.18筒體后封頭裝有一個與低溫泵插板閥的法蘭(口徑φ500)
1.19在筒體適當位置安裝預抽管道預抽閥的連接法蘭 (口徑100。
1.20在筒體適當位置安裝放氣閥的連接法蘭(KF40)
八、真空保障系統(tǒng)
1.真空泵
1.1主抽泵：使真空室達到極限真空度的真空泵，采用國產(chǎn)的產(chǎn)品，型號：抽速3600L/s
1.2副抽泵：使真空室的真空度達到一定水平的真空泵，采用**公司的機械泵，型號：抽速9L/s
2.管路
全部采用不銹鋼金屬管道，部分連接采用不銹鋼金屬波紋管。
3.真空測量
3.1薄膜規(guī)#1：全壓強低真空測量，范圍105Pa~102Pa，上海振太儀器儀表公司產(chǎn)品。
3.2電阻規(guī)：用于測量真空室的低真空度，范圍105Pa~100Pa，成都正華儀器儀表公司產(chǎn)品。
3.3電離規(guī)：用于測量真空室的高真空度，范圍100Pa~10-5Pa，成都儀器儀表公司產(chǎn)品。
3.4 B-A規(guī)：用于測量真空室的超高真空度，范圍10-2Pa~10-7Pa，北京大學無線電系的產(chǎn)品。
4.底架
將真空容器與其連成一體，直接固定在地面上，并與其他系統(tǒng)進行合理連接。
九、溫度溫保障系統(tǒng)
溫度保障系統(tǒng)分為低溫熱沉、高溫加熱系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)
1. 低溫系統(tǒng)
低溫制冷機組：采用德國比澤爾壓縮機，復疊機械制冷壓縮機組，用PID溫控調(diào)節(jié)，采用穩(wěn)定、可靠的制冷方式，并采用進口部件制冷機組。使熱沉獲得的背景溫度，此低溫制冷機組具有制冷溫度低、功耗小、使用方便、性能可靠諸多優(yōu)點內(nèi)容摘要
本文是熱真空試驗設備(機械制冷)的技術方案，此方案是根據(jù)提出的熱真空試驗設備(機械制冷)技術要求來設計編寫的，該設備主要用于月球表面的高真空狀態(tài)下的高低溫試驗。此方案摘錄了熱真空試驗設備(機械制冷)的技術要求和其他要求，給出了我方對設備組成的設計和相關設備技術內(nèi)容的設計，同時，對設備的使用條件提出了要求，另外還闡明了其他一些與設備支持方面有關的內(nèi)容。它是設計制造該設備的原始文件之一，也是設備交付驗收時參照的依據(jù)之一。
無油真空系統(tǒng) 高低溫系統(tǒng) 控制監(jiān)測系統(tǒng)
2.高溫加熱和溫度控制系統(tǒng)
采用技術的調(diào)功模塊、帶有PID自整定的控溫儀表配合電阻加熱方式的加熱籠，使得控溫精度更高，安全系數(shù)更大。溫度控制系統(tǒng)主要通過自動溫控儀表溫度傳感器控制產(chǎn)品的試驗溫度。
加熱控制部分包括 加熱籠、真空密封加熱電極、變壓器、調(diào)壓模塊、溫度控制箱
十、熱沉系統(tǒng)
主熱沉筒材料為紫銅板和紫銅管，結構為肋骨盤管式，外表面鍍亮鎳，內(nèi)表面涂F26專用黑漆，熱沉置于真空容器內(nèi)，為產(chǎn)品的試驗提供冷黑背景。在容器內(nèi)安裝有支撐架和工作平臺。支撐架穿過熱沉，固定在真空室殼體上。
1.熱沉結構形式：肋骨盤管式
2.熱沉有效尺寸：φ1000X1000mm;
3.熱沉材料：紫銅;
4.熱沉工作環(huán)境：真空狀態(tài)
5.熱沉承內(nèi)壓：>1.3Mpa
6.熱沉總漏率：<5X10-10 Pam3/s
7.熱沉內(nèi)表面吸收率：>0.90;
8.熱沉內(nèi)表面：涂黑漆F26;
9.熱沉外表面：鍍亮鎳
10.熱沉壁溫度：-70℃
11.大門熱沉：大門配備熱沉，使溫度均勻度得到保證。制冷機組分一路提供制冷劑。
12.工件安裝板：用來固定工件用。安裝板可以自由推進和抽出。
13.工件安裝板有固定手段，防止工件工作時產(chǎn)生震動使安裝板活動。安裝板尺寸待定，承載100kg。
14.連接管： 外部連接管采用紫銅管，用喇叭口的連接方式連接，內(nèi)部連接管金屬網(wǎng)保護波紋管，用VCR型密封結構。外部包扎聚乙烯保溫管，冷量損失小，外部無結霜現(xiàn)象。
十一、監(jiān)測系統(tǒng)
1.輔助系統(tǒng)
輔助系統(tǒng)包括氣泵，冷卻循環(huán)水機、超溫等。
2.氣泵
提供真空閥門原始動力。(4~6kg/cm2)低噪音空氣壓縮機或其他氣源。
3.冷卻循環(huán)水機
冷卻分子泵和制冷機組，節(jié)約水資源。真空機組用1臺，制冷機組用一臺。
