Il vasto spazio è familiare e sconosciuto all’umanità. Conosciuto perché le attività spaziali con equipaggio sono state condotte per decenni e le persone sono entrate nello spazio centinaia di volte; È strano perché l'ambiente spaziale è così complesso che ogni attività spaziale umana è ancora piena di innumerevoli variabili e enormi rischi. Di fronte a un ambiente spaziale equipaggiato complesso e mutevole, gli astronauti possono completare con successo una missione spaziale equipaggiata solo se sono adeguatamente preparati per le prove e l'addestramento a terra.

Le prove a terra e la formazione sono inseparabili dalla tecnologia di simulazione e dalle attrezzature di simulazione. Per comprendere le tecnologie di simulazione e le attrezzature di simulazione, è necessario innanzitutto conoscere l'ambiente spaziale umano.

Ambiente vuoto e simulazione

A un'altitudine orbitale di 500 km, il vuoto spaziale è di circa 10-6 Pa; A un'altitudine orbitale di 1.000 km, il vuoto spaziale è di circa 10-8 Pa.

Quando si effettuano prove di simulazione termica dell'ambiente spaziale delle navi spaziali e delle apparecchiature spaziali extracapsule (principalmente prove di vuoto termico e prove di equilibrio termico), la preoccupazione è principalmente l'effetto dell'ambiente di vuoto sulle caratteristiche termiche del test. Quando il vuoto raggiunge più di 10-2 Pa, la trasmissione di calore a radiazione è diventata la principale forma di trasferimento di calore, l'effetto della convezione e della trasmissione di calore conduttiva può essere trascurato. Pertanto, il vuoto simulato dal dispositivo di simulazione spaziale ha raggiunto la classe di dimensioni 10-3 Pa, ed è stato in grado di simulare più realisticamente l'effetto di scambio di calore dell'ambiente vuoto orbitale di volo della nave spaziale, senza dover perseguire un vuoto più alto. Solo alcune prove speciali, come l'attrito a secco sotto vuoto e le prove di saldatura a freddo, richiedono attrezzature di prova a vuoto più elevato.

Ambiente solare e simulazione

Il Sole irradia enormi quantità di energia nello spazio cosmico in ogni momento, la lunghezza d'onda della luce solare copre una vasta area da 10-14 metri (raggi gamma) a 104 metri (onde radio), la luce solare di diverse lunghezze d'onda, anche l'energia irradiata è diversa. La radiazione visibile è la più potente, con la luce visibile e la luce infrarossa che rappresentano oltre il 90% della radiazione solare totale.

Durante il volo in orbita, le navi spaziali e i costumi spaziali extrasolari ricevono principalmente tre parti di energia radiazionale: l'energia proveniente dalla luce solare visibile e dalle radiazioni infrarosse, l'energia che la Terra riflette le radiazioni solari e l'energia termica proveniente dall'atmosfera terrestre. Queste energie assorbete dalle navi spaziali e dalle abitazioni spaziali extracapsule influenzano la loro temperatura e distribuzione, la dimensione dell'energia assorbita dipende dalla loro forma strutturale, dalle proprietà del materiale superficiale e dall'orbita di volo. Con una lunghezza d'onda inferiore a 300 nanometri, l'energia di radiazione, sebbene rappresenti solo una piccola parte dell'energia totale della radiazione solare, può causare notevoli cambiamenti nelle proprietà ottiche della superficie del materiale. L'effetto delle radiazioni ultraviolette si manifesta principalmente come effetto fotochimico e effetto quantistico della luce.

I test di simulazione delle radiazioni solari possono simulare gli effetti termici spettrali solari e gli effetti fotochimici spettrali solari dell'ambiente di radiazione solare sulle navi spaziali e sulle abiti spaziali extracapsule. Se si simula solo l'effetto termico, si chiama simulazione del flusso di calore extraspaziale. Esistono due metodi per simulare il flusso di calore extraspaziale, uno è il metodo di simulazione del flusso di ingresso, noto anche come metodo di simulazione solare; Un'altra categoria è la simulazione del flusso di calore di assorbimento, chiamata anche simulazione a infrarossi. La forma generale e la forma complessa del materiale superficiale, è consigliabile utilizzare il metodo di simulazione solare; Regole di forma, la forma del materiale di superficie di un singolo campione, può essere utilizzato il metodo di simulazione a infrarossi. Se è necessario simulare l'effetto fotochimico dell'ambiente irradiato UV, può essere eseguito utilizzando un simulatore di irradiazione UV.

Ambiente freddo e nero spaziale e simulazione

L'ambiente nero e freddo dello spazio spaziale ha una temperatura equivalente di circa 3 K e un tasso di assorbimento termico di 1, che può essere visto come un corpo nero ideale senza radiazione termica e riflessione termica. Quando non c'è radiazione solare, lo spazio cosmico è completamente "freddo" e "nero". In questo ambiente freddo e nero, tutta l'energia termica emessa dall'oggetto viene assorbita completamente e quindi viene chiamata anche ambiente di immersione termica. L'ambiente freddo e nero ha un grande impatto sulle prestazioni termiche della nave spaziale e della tuta spaziale extracapsule, lo sviluppo della nave spaziale e della tuta spaziale extracapsule deve essere eseguito in un ambiente freddo e nero simulato con un vuoto termico adeguato e prove di equilibrio termico per verificare se la loro progettazione termica e le prestazioni termiche soddisfano i requisiti.

Al fine di simulare un ambiente freddo e buio nello spazio, vengono solitamente utilizzati componenti fatti di alluminio, rame o materiali in acciaio inossidabile. La superficie interna è rivestita con una vernice nera appositamente progettata con un alto tasso di assorbimento e l'azoto liquido viene introdotto all'interno del componente. Questo dispositivo è chiamato dissipatore di calore. Attualmente, vari paesi aerospaziali di tutto il mondo utilizzano questo dissipatore di calore con azoto liquido come fonte fredda per simulare l'ambiente nero freddo nello spazio. I calcoli della teoria dell'analisi termica e l'analisi dei dati sperimentali mostrano che utilizzando un dissipatore di calore con una temperatura di 77K azoto liquido e un tasso di assorbimento di 0,9 o superiore per simulare l'ambiente nero freddo nello spazio ha un errore di simulazione di solo circa l'1%, che soddisfa pienamente i requisiti degli esperimenti di simulazione dell'ambiente nero freddo. Inoltre, perseguire temperature più basse non è necessario e aumenterà notevolmente la difficoltà tecnica e gli investimenti in attrezzature di simulazione.