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 orbitale, le navicelle spaziali e le tute extraveicolari ricevono principalmente tre tipi di energia radiante: energia dalla radiazione visibile e infrarossa dal sole, energia dalla radiazione solare riflessa dalla Terra e radiazione termica dall'atmosfera terrestre. L'energia assorbita dai veicoli spaziali e dalle tute spaziali extraveicolari influisce sulla loro temperatura e distribuzione, e la quantità di energia assorbita dipende dalla loro forma strutturale, dalle proprietà dei materiali superficiali e dall'orbita di volo. La radiazione ultravioletta con una lunghezza d'onda inferiore a 300 nanometri, anche se rappresenta solo una parte molto piccola dell'energia solare totale, può causare cambiamenti significativi nelle proprietà ottiche della superficie del materiale. L'effetto di radiazione ultravioletta si manifesta principalmente come effetto fotochimico e effetto fotoquantico.

L'esperimento di simulazione della radiazione solare può simulare gli effetti termici e fotochimici spettrali solari generati dall'ambiente della radiazione solare su veicoli spaziali e tute extraveicolari. Se solo simulando effetti termici, viene chiamata simulazione del flusso termico fuori spazio. Ci sono due metodi per simulare il flusso di calore fuori dallo spazio, uno è il metodo di simulazione del getto, noto anche come il metodo di simulazione solare; Un altro tipo è il metodo di simulazione del flusso di calore di assorbimento, noto anche come metodo di simulazione infrarossa. Per campioni con forme complesse e materiali superficiali, è consigliabile utilizzare il metodo di simulazione solare; Per gli esemplari con aspetto regolare e una forma di materiale di superficie singola, il metodo di simulazione infrarossa può essere utilizzato. Se è necessario simulare gli effetti fotochimici dell'ambiente di irradiazione UV, può essere utilizzato un simulatore di irradiazione UV.

(3) Ambiente freddo e nero dello spazio e simulazione

La temperatura equivalente dell'ambiente nero freddo nello spazio è di circa 3K, con un tasso di assorbimento termico di 1, che può essere considerato un corpo nero ideale senza radiazione termica e riflessione. Quando non c'è radiazione solare, l'universo è uno spazio completamente 'freddo' e 'nero'. In questo ambiente freddo e buio, tutta l'energia termica emessa dagli oggetti è completamente assorbita, quindi è noto anche come ambiente dissipatore di calore. L'ambiente nero freddo ha un impatto significativo sulle prestazioni termiche dei veicoli spaziali e delle tute spaziali extraveicolari. Per sviluppare veicoli spaziali e tute spaziali extraveicolari, è necessario effettuare prove sufficienti di vuoto termico e bilanciamento termico in ambienti neri freddi simulati per verificare se la loro progettazione termica e le loro prestazioni soddisfano i requisiti.

Per simulare ambienti freddi e neri spaziali, i componenti in genere realizzati in alluminio, rame o acciaio inossidabile vengono rivestiti con una vernice nera appositamente realizzata con un alto tasso di assorbimento e l'azoto liquido viene portato all'interno del componente, un dispositivo chiamato immersione termica. Attualmente, tutti i paesi spaziali del mondo utilizzano questo tipo di azoto liquido come fonte di freddo per simulare l'ambiente freddo e nero spaziale, perché i calcoli teorici dell'analisi termica e l'analisi dei dati di prova mostrano che la temperatura dell'azoto liquido 77K e il tasso di assorbimento di oltre 0,9 per simulare l'ambiente freddo e nero spaziale, l'errore di simulazione è solo circa l'1%, in grado di soddisfare completamente i requisiti della simulazione dell'ambiente freddo e nero. Inoltre, la ricerca di temperature più basse non è necessaria e aumenta notevolmente la difficoltà tecnica e gli investimenti in apparecchiature di simulazione.