[发明专利]模拟月尘环境的空间环境模拟器真空抽气系统和抽气方法

说明书

技术领域

本发明涉及探月工程中月球表面综合环境地面模拟试验技术领域，具体涉及一种专用于模拟月尘环境的空间环境模拟器真空抽气系统，也涉及一种利用该真空抽气系统进行抽气的方法。

背景技术

在探月工程中，月球表面环境的影响是整个工程必须考虑的重要环节，而在各种环境因素中，月尘可能是月球表面环境的重要影响因素之一。月尘是月球土壤中的细小部分（一般将粒径小于1mm的月壤微粒称之为月尘），它占总质量的95%，大部分尺寸为微米量级，极为细小。它的特点：处于月面真空辐照环境中极易带电、极易四散飞扬、易发生渗透、附着力强、外形锋利、腐蚀性强、清除较困难等等。这些特点对探测器的正常使用及宇航员的安全都会产生威胁。我国探月二期将实施月球软着陆和自动巡视勘察，为了确保登月飞船月球表面自动巡视探测器（即月球车）的可靠工作，必须研究月尘环境的地面模拟方法，开展充分的环境模拟试验，在地面完成评价试验，以证实其在严酷的月面环境能够安全、可靠的工作，保证顺利完成科学研究工作，为探月三期及载人探月计划顺利开展奠定坚实的科学基础。

我国现有的空间环境模拟器可以实现模拟空间外热流、冷黑、真空等三个宇宙空间基本参数。但模拟月尘环境的空间环境模拟器在实现三个参数的同时，还需要在设备内部放置大量月尘，以模拟月尘环境，但在具有月尘的模拟环境中还能保证三个宇宙空间的基本参数国内目前还没有类似的设备。

采用常规空间环境模拟器模拟月尘环境，在先期的摸索试验中发现，由于月尘本身的特点，在整个抽气过程中会因为气压的变化过快而引起月尘的无规则大范围的飞扬；月尘的飞溅造成相关设备（尤其是真空设备）的污染，甚至损坏，而且后期清理养护较困难，相对于月尘的清除来说，对月尘的预防更容易实现。此外，月尘接触空气后容易吸附一定量气体和水蒸气，放气量较大（没有可以参考的计算数据），而且试验真空度要求≤4×10^-3Pa，因此抽气时间较长。显然，常规的真空抽气系统组成和抽气方法不适于在模拟月尘环境的空间环境模拟器中使用。

为了保证实现试验真空度的同时还要采取相应的措施避免在试验过程中月尘的无规则大范围飞扬，确立一种新型的模拟月尘环境的空间环境模拟器的真空抽气系统和抽气方法是非常必要的。

本发明内容

本发明目的是提供一种模拟月尘环境的空间环境模拟器的真空抽气系统，完成该类特殊环境的空间环境模拟器的研制，可以较真实的模拟月球表面环境，能够满足探月工程的地面模拟试验的需要。

本发明的另一目的是提供一种利用该模拟月尘环境的空间环境模拟器的真空抽气系统的抽气方法，以实现该系统的抽气目的。

为了实现上述目的，本发明是由以下技术方案完成的：

模拟月尘环境的空间环境模拟器的真空抽气系统，包括设置在模拟月尘环境的空间环境模拟器上方的粗抽泵组、分子泵机组和低温泵机组，实现高真空的获得与维持的分子泵机组和低温泵机组分别由高真空插板阀与容器进行隔离以避免来自容器内部月尘的污染，且在分子泵机组、低温泵机组与空间环境模拟器之间的管路上设置有真空测量装置，其中，粗抽泵组通过并联设置的主抽气管路和辅抽气管路分别与空间环境模拟器连通并由高真空插板阀进行隔离，粗抽泵组采用对月尘有一定抽气能力的泵组且在其与空间环境模拟器之间的管路上也设置有真空测量装置，主抽气管路和辅抽气管路上分别设置有能过滤2微米固体颗粒的过滤器和可调节阀门，且辅抽气管路的合理设计可以实现减小流导、控制气体流量，以有效控制抽速，防止抽气初期压力变化过快。

其中，对月尘有一定抽气能力的泵组为干泵与罗茨泵的组合。

其中，过滤器为装有含聚酯媒介颗粒纸制滤芯的过滤器。

其中，可调节阀门为手动阀门和/或电动阀门。

其中，每种泵组和机组都可通过PLC及上位计算机实现真空抽气全过程的自动控制和测量。

其中，真空测量装置可完成测量的压力范围为10⁵Pa～5×10^-7Pa，选用有抗污染能力的全量程冷规对模拟月尘环境的空间环境模拟器的真空度进行测量。

一种利用上述系统进行真空抽气的方法，包括以下步骤：

1）启动粗抽机组，先通过辅抽气管路降速抽气；

2）当真空度低于100Pa后，通过主抽气管路加速抽气；

3）当真空度达到2Pa时，稳定维持抽气至少1小时；