一种宽温区空间环境模拟试验系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种宽温区空间环境模拟试验系统，包括真空容器、外热沉、内热沉、低温电磁阀、GM制冷机和程序控温模块；外热沉和内热沉依次安装固定在真空容器内部，外热沉内设有液氮管路，低温电磁阀连接到外热沉的液氮管路中，GM制冷机与内热沉相连接。本发明专利技术通过液氮系统和GM制冷机的结合，设置外热沉和内热沉，并通过对内热沉外表面的抛光镀亮镍处理，有效减小了20K下外热沉对内热沉的热辐射负载，从而实现了大型真空容器内部低于20K极低温环境的获得；通过设置电磁接触开关，弥补了GM制冷机在高温工况下制冷功率的不足。机在高温工况下制冷功率的不足。机在高温工况下制冷功率的不足。

【技术实现步骤摘要】
一种宽温区空间环境模拟试验系统及方法


[0001]本专利技术涉及空间环境测试的
，具体地，涉及一种宽温区空间环境模拟试验系统及方法。

技术介绍

[0002]空间环境模拟试验系统是模拟高空及太空的低压真空环境、太阳辐照环境和冷黑环境等的设备，随着军工领域航天器的新技术发展，如暗物质探测，引力波探测，高分辨率光学观测等新的载荷发展以及临近空间探测技术的潜在需求，对空间环境模拟试验的温度范围和温度控制精度等，提出了更高的要求。
[0003]在公开号为CN101576359A的中国专利技术中公开了一种用于空间环境模拟试验设备低温流程系统的部件，特别涉及空间环境模拟试验设备液氮酒精双介质兼容热沉系统。该热沉系统可允许液氮和酒精共用同一流道，并能安全切换，通过二种介质的切换使热沉的温度从
‑
163℃～+50℃间可调。热沉系统由热沉主体、热沉表面电阻温度传感器、酒精加热器、波纹软管外圆周测温电阻传感器、排酒精阀、辅助排酒精箱、氮气吹除阀和氮气气源组成。热沉主体为鱼骨式结构，由上总管、下总管、带肋片支管、波纹软管、辅助排液管焊接而成；带肋片支管由金属管和金属肋片焊接而成；波纹软管部位安装蒸发酒精加热器。
[0004]因此，将温度范围拓宽至20K
‑
400K，并实现温度的高精度控制，以同时满足更多大型航天器，比如大型光学遥感载荷、深空探测航天器部组件和电推进系统等组件的试验要求，可以实现宽温区内连续可控、高精度和高均匀性的大型(直径大于2m)空间环境模拟试验系统已为急需。/>
技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种宽温区空间环境模拟试验系统及方法。
[0006]根据本专利技术提供的一种宽温区空间环境模拟试验系统，包括真空容器、外热沉、内热沉、低温电磁阀、GM制冷机和程序控温模块；
[0007]所述外热沉和内热沉依次安装固定在真空容器内部，所述外热沉内设有液氮管路，所述低温电磁阀连接到外热沉的液氮管路中，所述GM制冷机与内热沉相连接。
[0008]优选地，所述外热沉由外到内分别由防辐射屏、电阻式加热丝、液氮管路、紫铜板和电磁接触开关组成；
[0009]防辐射屏为两面抛光的不锈钢板，防辐射屏内表面通过聚四氟乙烯垫块绝热安装电阻式加热丝，紫铜板外表面焊接液氮管路。
[0010]优选地，所述外热沉的周向分为四个区；每个区布置一路液氮管路，每路液氮管路通过低温电磁阀单独通液氮进行冷却；每个区布置一路电阻式加热丝，每路电阻式加热丝通过程序控温模块单独进行供电加热。
[0011]优选地，所述电磁接触开关固定安装在外热沉紫铜板内表面，通过柔性导热带连
接到内热沉外表面，通过通断电控制电磁接触开关的吸合、断开，控制外热沉对内热沉的冷量传递。
[0012]优选地，所述内热沉分为四个区，每个区表面积相同，每个区外表面通过导热棒连接到一个GM制冷机上，每个区内表面连接一路电阻式加热片；每相邻两个区通过半圆形的柔性连接片连接在一起。
[0013]优选地，所述内热沉和柔性连接片材料为无氧铜，外表面抛光镀亮镍，发射率小于0.1，内表面喷黑漆，发射率＞0.9。
[0014]优选地，所述电阻式加热丝和电阻式加热片都连接到程序控温模块中的加热电源，外热沉每个分区布置一个PT100温度传感器，内热沉每个分区布置一个硅二极管温度传感器。
[0015]本专利技术还提供一种宽温区空间环境模拟试验方法，所述方法应用上述中的一种宽温区空间环境模拟试验系统，所述方法包括如下步骤：
[0016]步骤S1：抽真空，开启真空容器连接的真空泵，对真空容器进行抽真空；
[0017]步骤S2；降温，将外热沉每一分区液氮管路连接的低温电磁阀打开，向外热沉液氮管路中通入液氮，外热沉开始降温；
[0018]步骤S3：升温，关闭GM制冷机，关闭低温电磁阀，并通过程序控温模块中的加热电源对电阻式加热丝和电阻式加热片进行供电加热；
[0019]步骤S4：控温，在极限低温和极限高温之间设定一个任意温度，程序控温模块通过读取温度传感器的温度，并通过与设定温度值进行比较，若温度低于设定温度，则自动控制每一个分区对应的低温电磁阀，通入液氮进行降温；若温度高于设定温度，则自动控制加热电源的功率，对每一个分区对应的电阻式加热丝和电阻式加热片进行加热。
[0020]优选地，所述步骤S1中实验舱内处于小于0.0001Pa的真空环境。
[0021]优选地，所述步骤S2中当外热沉降温到100K时，开启GM制冷机，对内热沉进行降温，闭合电磁接触开关，通过外热沉对内热沉进行辅助制冷；监控温度传感器，当内热沉降温到100K以下时，断开电磁接触开关，只依靠GM制冷机对内热沉进行制冷降温，获得极限低温。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0023]1、本专利技术通过液氮系统和GM制冷机的结合，设置外热沉和内热沉，并通过对内热沉外表面的抛光镀亮镍处理，有效减小了20K下外热沉对内热沉的热辐射负载，从而实现了大型真空容器(直径大于2m)内部低于20K极低温环境的获得；
[0024]2、本专利技术通过设置电磁接触开关，弥补了GM制冷机在高温工况下(＞100K)制冷功率的不足，并加快了内热沉的降温速度。由于真空容器尺寸很大，内热沉降温过程中，受到的背景热辐射功率较大，远远大于GM制冷机本身的制冷功率，将液氮通入外热沉后，通过闭合电磁接触开关，利用柔性导热带实现外热沉与内热沉的热传导，从而辅助内热沉初始阶段的降温；
[0025]3、本专利技术通过外热沉、内热沉、液氮系统、GM制冷机与程序控温模块的结合，并对外热沉、内热沉分多个区，利用PID算法对每个分区的温度进行监测和控制，从而实现20K～400K宽温区的高精度(优于
±
1℃)、高均匀性(优于
±
3℃)的温度控制。
附图说明
[0026]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0027]图1为系统整体示意图；
[0028]图2为系统截面示意图；
[0029]图3为程序控温模块流程示意图。
[0030]其中：
[0031][0032]具体实施方式
[0033]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。
[0034]参照图1和图2，本专利技术提供一种宽温区空间环境模拟试验系统，包括真空容器1(直径大于2m)、外热沉2、内热沉3、低温电磁阀4、GM制冷机5、程序控温模块6。外热沉2、内热沉3依次绝热安装固定在真空容器1内部。低温电磁阀4连接到外热沉2的液氮管路9中，GM制冷机5连接到内热沉3。真空容器1通过真空泵获本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽温区空间环境模拟试验系统，其特征在于，包括真空容器(1)、外热沉(2)、内热沉(3)、低温电磁阀(4)、GM制冷机(5)和程序控温模块(6)；所述外热沉(2)和内热沉(3)依次安装固定在真空容器(1)内部，所述外热沉(2)内设有液氮管路(9)，所述低温电磁阀(4)连接到外热沉(2)的液氮管路(9)中，所述GM制冷机(5)与内热沉(3)相连接。2.根据权利要求1所述的一种宽温区空间环境模拟试验系统，其特征在于，所述外热沉(2)由外到内分别由防辐射屏(7)、电阻式加热丝(8)、液氮管路(9)、紫铜板(10)和电磁接触开关(11)组成；防辐射屏(7)为两面抛光的不锈钢板，防辐射屏(7)内表面通过聚四氟乙烯垫块绝热安装电阻式加热丝(8)，紫铜板(10)外表面焊接液氮管路(9)。3.根据权利要求2所述的一种宽温区空间环境模拟试验系统，其特征在于，所述外热沉(2)的周向分为四个区；每个区布置一路液氮管路(9)，每路液氮管路(9)通过低温电磁阀(4)单独通液氮进行冷却；每个区布置一路电阻式加热丝(8)，每路电阻式加热丝(8)通过程序控温模块(6)单独进行供电加热。4.根据权利要求2所述的一种宽温区空间环境模拟试验系统，其特征在于，所述电磁接触开关(11)固定安装在外热沉(2)紫铜板(10)内表面，通过柔性导热带(12)连接到内热沉(3)外表面，通过通断电控制电磁接触开关(11)的吸合、断开，控制外热沉(2)对内热沉(3)的冷量传递。5.根据权利要求1所述的一种宽温区空间环境模拟试验系统，其特征在于，所述内热沉(3)分为四个区，每个区表面积相同，每个区外表面通过导热棒(13)连接到一个GM制冷机(5)上，每个区内表面连接一路电阻式加热片(14)；每相邻两个区通过半圆形的柔性连接片(15)连接在一起。6.根据权利要求5所述的一种宽温区空间环境模拟试验系统，其特征在于，所述内热沉(3)和柔性连接片(15)材料为无氧铜，外表面抛光镀亮镍，发射率小于0.1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李卓慧，刘家林，刘海静，孙成恺，冯蕾，王松超，黄赟，王晓占，
申请(专利权)人：上海卫星装备研究所，
类型：发明
国别省市：