模擬月塵環境的空間環境模擬器真空抽氣系統和抽氣方法
2023-10-23 21:37:07 1
專利名稱：模擬月塵環境的空間環境模擬器真空抽氣系統和抽氣方法
技術領域：
本發明涉及探月工程中月球表面綜合環境地面模擬試驗技術領域，具體涉及一種專用於模擬月塵環境的空間環境模擬器真空抽氣系統，也涉及一種利用該真空抽氣系統進行抽氣的方法。
背景技術：
在探月工程中，月球表面環境的影響是整個工程必須考慮的重要環節，而在各種環境因素中，月塵可能是月球表面環境的重要影響因素之一。月塵是月球土壤中的細小部分(一般將粒徑小於1_的月壤微粒稱之為月塵)，它佔總質量的95%，大部分尺寸為微米量級，極為細小。它的特點:處於月面真空輻照環境中極易帶電、極易四散飛揚、易發生滲透、附著力強、外形鋒利、腐蝕性強、清除較困難等等。這些特點對探測器的正常使用及太空人的安全都會產生威脅。我國探月二期將實施月球軟著陸和自動巡視勘察，為了確保登月飛船月球表面自動巡視探測器(即月球車)的可靠工作，必須研究月塵環境的地面模擬方法，開展充分的環境模擬試驗，在地面完成評價試驗，以證實其在嚴酷的月面環境能夠安全、可靠的工作，保證順利完成科學研究工作，為探月三期及載人探月計劃順利開展奠定堅實的科學基礎。我國現有的空間環境模擬器可以實現模擬空間外熱流、冷黑、真空等三個宇宙空間基本參數。但模擬月塵環境的空間環境模擬器在實現三個參數的同時，還需要在設備內部放置大量月塵，以模擬月塵環境，但在具有月塵的模擬環境中還能保證三個宇宙空間的基本參數國內目前還沒有類似的設備。採用常規空間環境模擬器模擬月塵環境，在先期的摸索試驗中發現，由於月塵本身的特點，在整個抽氣過程中會因為氣壓的變化過快而引起月塵的無規則大範圍的飛揚；月塵的飛濺造成相關設備(尤其是真空設備)的汙染，甚至損壞，而且後期清理養護較困難，相對於月塵的清除來說，對月塵的預防更容易實現。此外，月塵接觸空氣後容易吸附一定量氣體和水蒸氣，放氣量較大(沒有可以參考的計算數據)，而且試驗真空度要求<4X10_3Pa，因此抽氣時間較長。顯然，常規的真空抽氣系統組成和抽氣方法不適於在模擬月塵環境的空間環境模擬器中使用。為了保證實現試驗真空度的同時還要採取相應的措施避免在試驗過程中月塵的無規則大範圍飛揚，確立一種新型的模擬月塵環境的空間環境模擬器的真空抽氣系統和抽氣方法是非常必要的。本
發明內容
本發明目的是提供一種模擬月塵環境的空間環境模擬器的真空抽氣系統，完成該類特殊環境的空間環境模擬器的研製，可以較真實的模擬月球表面環境，能夠滿足探月工程的地面模擬試驗的需要。本發明的另一目的是提供一種利用該模擬月塵環境的空間環境模擬器的真空抽氣系統的抽氣方法，以實現該系統的抽氣目的。
為了實現上述目的，本發明是由以下技術方案完成的:
模擬月塵環境的空間環境模擬器的真空抽氣系統，包括設置在模擬月塵環境的空間環境模擬器上方的粗抽泵組、分子泵機組和低溫泵機組，實現高真空的獲得與維持的分子泵機組和低溫泵機組分別由高真空插板閥與容器進行隔離以避免來自容器內部月塵的汙染，且在分子泵機組、低溫泵機組與空間環境模擬器之間的管路上設置有真空測量裝置，其中，粗抽泵組通過並聯設置的主抽氣管路和輔抽氣管路分別與空間環境模擬器連通並由高真空插板閥進行隔離，粗抽泵組採用對月塵有一定抽氣能力的泵組且在其與空間環境模擬器之間的管路上也設置有真空測量裝置，主抽氣管路和輔抽氣管路上分別設置有能過濾2微米固體顆粒的過濾器和可調節閥門，且輔抽氣管路的合理設計可以實現減小流導、控制氣體流量，以有效控制抽速，防止抽氣初 期壓力變化過快。其中，對月塵有一定抽氣能力的泵組為幹泵與羅茨泵的組合。其中，過濾器為裝有含聚酯媒介顆粒紙制濾芯的過濾器。其中，可調節閥門為手動閥門和/或電動閥門。其中，每種泵組和機組都可通過PLC及上位計算機實現真空抽氣全過程的自動控制和測量。其中，真空測量裝置可完成測量的壓力範圍為IO5Pa 5X10_7Pa，選用有抗汙染能力的全量程冷規對模擬月塵環境的空間環境模擬器的真空度進行測量。一種利用上述系統進行真空抽氣的方法，包括以下步驟:
O啟動粗抽機組，先通過輔抽氣管路降速抽氣；
2)當真空度低於IOOPa後，通過主抽氣管路加速抽氣；
3)當真空度達到2Pa時，穩定維持抽氣至少I小時；
4)關閉粗抽泵組主輔抽氣管路上的可調節閥門，停止粗抽，維持模擬月塵環境的空間環境模擬器內的真空狀態，保壓至少24小時；
5)保壓後對月塵進行脫氣處理，然後重新開始粗抽，當壓力達到分子泵機組的啟動壓強後，分子泵機組啟動，分子泵機組進行真空抽氣直到達到低溫泵機組的開啟壓力，由低溫泵機組進行抽氣至試驗真空度< 4 X 10 ,維持該真空度直至試驗結束。其中，抽氣時間和保壓時間可根據月塵的裝載量、乾燥程度進行延長。其中，整個抽氣過程可全自動化控制。本發明的優點是解決了模擬月塵環境的空間環境模擬器的抽氣過程中月塵的揚塵現象，克服月塵的高放氣量，在模擬月塵環境的空間環境模擬器中獲得了高真空環境，避免的月塵汙染，有助於設備的可靠性運轉，滿足太空飛行器的月塵試驗環境要求。
圖1是本發明模擬月塵環境的空間環境模擬器的真空抽氣系統的結構示意圖。圖2是本發明模擬月塵環境的空間環境模擬器的真空抽氣方法的流程示意圖。
具體實施例方式以下介紹的是作為本發明所述內容的具體實施方式
，下面通過具體實施方式
對本發明的所述內容作進一步的闡明。當然，描述下列具體實施方式
只為示例本發明的不同方面的內容，而不應理解為限制本發明範圍。圖1為本發明的模擬月塵環境的空間環境模擬器的真空抽氣系統的結構示意圖。模擬月塵環境的空間環境模擬器的真空抽氣系統，包括設置在模擬月塵環境的空間環境模擬器上方的粗抽泵組、分子泵機組和低溫泵機組，實現高真空的獲得與維持的分子泵機組和低溫泵機組分別由高真空插板閥與容器進行隔離以避免來自容器內部月塵的汙染，且在分子泵機組、低溫泵機組與空間環境模擬器之間的管路上設置有真空測量裝置，其中，粗抽泵組通過並聯設置的主抽氣管路和輔抽氣管路分別與空間環境模擬器連通並由高真空插板閥進行隔離，粗抽泵組採用對月塵有一定抽氣能力的泵組且在其與空間環境模擬器之間的管路上也設置有真空測量裝置，主抽氣管路和輔抽氣管路上分別設置有能過濾2微米固體顆粒的過濾器和可調節閥門，輔抽氣管 路的合理設計可以實現減小流導、控制氣體流量，以有效控制抽速，防止抽氣初期壓力變化過快。在一實施方式中，粗抽泵組選擇了對月塵(可以定義為粉塵)有一定抽氣能力的幹泵配羅茨泵的組合，該類型的泵不僅對含粉塵的氣體有很大的抽氣能力，而且可以防止本身對真空室內部帶來的汙染；為了避免月塵的影響，粗抽口設在容器上方；粗抽主輔管路上均安裝過濾器，它具有高的真空密封性、較大的存塵量、易清洗，內部裝有含聚酯媒介顆粒紙制濾芯，可有效過濾99%的2微米固體顆粒；主輔管路並聯連接，各路均有閥門控制，主管路管道具有較大的流導能力，保證粗抽機組有效抽速，輔管路具有小一些的流導能力，可以控制有效抽速，防止抽氣初期壓力變化過快，引起的月塵噴濺；主輔管路上均配有可調節閥門開關大小的手動閥門，配合抽氣工藝流程使用，適應不同的試驗工況，滿足抽氣時間要求的同時，避免抽氣過程中月塵出現揚塵現象。粗抽機組可實現從大氣到5Pa以上真空度的抽空過程。其中，分子泵、低溫泵選擇的是具有抗汙染能力的泵型，分子泵、低溫泵均安裝在容器的頂部，由高真空插板閥與容器進行隔離，避免來自容器內部月塵的汙染，可以實現高真空的獲得與維持。其中，真空測量裝置可以完成測量的壓力範圍從IO5Pa 5X10_7Pa，選用有一定抗汙染能力的全量程冷規對設備的真空度進行測量。經過了多次帶塵調試，制訂了成熟的分段抽氣方法。真空抽氣方法的流程如下:
1)啟動粗抽機組，首先通過具有小流導能力的輔管路降速抽氣，可根據月塵的不同裝載量、乾燥程度，利用管路上的可調節閥門調節管路的流導控制，實現對有效抽速的控制；
2)當真空度優於IOOPa後，通過主管路加速抽氣。利用管路上的可調節閥門調節管路的流導控制，實現對第二階段有效抽速的控制；
3)當真空度達到2Pa時，穩定維持抽氣至少I小時；
4)關閉粗抽閥門，停止粗抽機組，維持設備真空狀態，保壓至少24小時，如果載塵量較大，可以適當延長保壓時間；
5)保壓完成對月塵進行進一步的脫氣處理後，重新開始粗抽，當壓力達到分子泵啟動壓強後，分子泵啟動，分子泵進行真空抽氣到低溫泵開啟壓力後，最後由低溫泵進行抽氣至試驗真空度彡4X KT3Pa並維持真空至試驗結束。整個抽氣過程可採用全自動化控制。專用於月塵環境的空間環境模擬器的真空系統的構成和抽氣流程方法，可以實現在月塵環境下整個抽氣過程能夠避免出現揚塵現象，不會對設備產生汙染，並且滿足了工作真空度<4X10_3Pa的要求。它的應用是目前我國首次研製完成並成功的應用於月塵環境的地面模擬試驗的空間環境模擬器中必不可少的技術手段。隨著我國探月工程的發展，月塵環境地面模擬試驗研發工作的深入開展，應用前景廣泛。以上以月塵環境為例對本發明進行了說明，但是對本領域的技術人員顯而易見的，其它類似月塵特點的物質環境下的真空獲得過程也可以實現本發明的目的。儘管上文對本發明的具體實施方式
給予了詳細描述和說明，但是應該指明的是，我們可以依據本發明的構想對上述實施方式進行各種等效改變和修改，其所產生的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時，均應在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.模擬月塵環境的空間環境模擬器的真空抽氣系統，包括設置在模擬月塵環境的空間環境模擬器上方的粗抽泵組、分子泵機組和低溫泵機組，實現高真空的獲得與維持的分子泵機組和低溫泵機組分別由高真空插板閥與容器進行隔離以避免來自容器內部月塵的汙染，且在分子泵機組、低溫泵機組與空間環境模擬器之間的管路上設置有真空測量裝置，其中，粗抽泵組通過並聯設置的主抽氣管路和輔抽氣管路分別與空間環境模擬器連通並由高真空插板閥進行隔離，粗抽泵組採用對月塵有一定抽氣能力的泵組且在其與空間環境模擬器之間的管路上也設置有真空測量裝置，主抽氣管路和輔抽氣管路上分別設置有能過濾2微米固體顆粒的過濾器和可調節閥門，且輔抽氣管路能減小流導、控制氣體流量，以有效控制抽速，防止抽氣初期壓力變化過快。
2.如權利要求1所述的真空抽氣系統，其中，對月塵有一定抽氣能力的泵組為幹泵與羅茨泵的組合。
3.如權利要求1所述的真空抽氣系統，其中，過濾器為裝有含聚酯媒介顆粒紙制濾芯的過濾器。
4.如權利要求1-3任一項所述的真空抽氣系統，其中，可調節閥門為手動閥門和/或電動閥門。
5.如權利要求1-3任一項所述的真空抽氣系統，其中，每種泵組和機組都可通過PLC及上位計算機實現真空抽氣全過程的自動控制和測量。
6.如權利要求1-3任一項所述的真空抽氣系統，其中，真空測量裝置可完成測量的壓力範圍為105Pa 5X10_7Pa，選用有抗汙染能力的全量程冷規對模擬月塵環境的空間環境模擬器的真空度進行測量。
7.一種利用權利要求1-6任一項所述的真空抽氣系統進行真空抽氣的方法，包括以下步驟: O啟動粗抽機組，先通過輔抽氣管路降速抽氣； 2)當真空度低於IOOPa後，通過主抽氣管路加速抽氣； 3)當真空度達到2Pa時，穩定維持抽氣至少I小時； 4)關閉粗抽泵組主輔抽氣管路上的可調節閥門，停止粗抽，維持模擬月塵環境的空間環境模擬器內的真空狀態，保壓至少24小時； 5)保壓後對月塵進行脫氣處理，然後重新開始粗抽，當壓力達到分子泵機組的啟動壓強後，分子泵機組啟動，分子泵機組進行真空抽氣直到達到低溫泵機組的開啟壓力，由低溫泵機組進行抽氣至試驗真空度≤4 X 10 ,維持該真空度直至試驗結束。
8.如權利要求7所述的方法，其中，抽氣時間和保壓時間可根據月塵的裝載量、乾燥程度進行延長。
9.如權利要求7所述的方法，其中，整個抽氣過程可全自動化控制。
全文摘要
本發明公開了一種專用於模擬月塵環境的空間環境模擬器的真空抽氣系統，也涉及一種利用該真空抽氣系統進行抽氣的方法。該系統主要包括粗抽泵組、分子泵機組和低溫泵機組，分子泵機組和低溫泵機組分別由高真空插板閥與容器進行隔離，其中，粗抽泵組通過並聯設置的主抽氣管路和輔抽氣管路分別與空間環境模擬器連通並由高真空插板閥進行隔離，主抽氣管路和輔抽氣管路上分別設置有過濾器和可調節閥門，且輔抽氣管路的合理設計可以實現減小流導、控制氣體流量，以防止抽氣初期壓力變化過快。本發明解決了空間環境模擬器中月塵環境下的真空獲得問題，滿足了月塵環境模擬試驗系統的工作真空度≤4×10-3Pa的要求。
文檔編號F04B49/00GK103104441SQ20121050065
公開日2013年5月15日 申請日期2012年11月29日 優先權日2012年11月29日
發明者茹曉勤, 方嬿, 王軍偉, 李強, 劉波濤, 王宇, 董雷 申請人:北京衛星環境工程研究所