Bodenprüfe und Schulungen können von Simulationstechniken und Simulationsgeräten getrennt werden. Um Simulationstechnologien und Simulationsgeräte zu verstehen, müssen Sie zuerst die bemannte Raumfahrt kennen.

(1) Vakuumumgebung und Simulation

Auf einer Umlaufhöhe von 500 km, auf der das bemannte Raumfahrzeug liegt, beträgt das Raumvakuum etwa 10-6 Pa; Auf einer Umlaufbahnhohe von 1.000 km beträgt das Raumvakuum etwa 10-8 Pa.

Bei der thermischen Simulation von Raumfahrzeugen und Außenraumgeräten (hauptsächlich thermischer Vakuumtest und thermischer Gleichgewichtstest) sind vor allem die Auswirkungen der Vakuumumgebung auf die thermischen Eigenschaften des Tests wichtig. Wenn der Vakuumgrad über 10-2 Pa erreicht ist, ist die Strahlungswärmeübertragung zur Hauptform der Wärmeübertragung geworden, und die Effekte der Konvektion und der leitenden Wärmeübertragung können vernachlässigt werden. Daher erreicht das Raumsimulationsgerät den Vakuumgrad der Simulation von 10-3 Pa und ist in der Lage, den Wärmeaustauscheffekt der Raumschiffsflug-Umfeld-Vakuumgebung realistischer zu simulieren, ohne einen höheren Vakuumgrad zu verfolgen. Nur einige spezielle Tests, wie z. B. Vakuum-Trockenreibung und Kaltschweiß-Tests, erfordern eine Testausrüstung mit einem höheren Vakuumgrad.

(2) Sonneneinstrahlung und Simulation

Die Sonne strahlt in jedem Moment eine riesige Energie in den kosmischen Raum, die Wellenlänge des Sonnenlichts deckt ein breites Gebiet von 10-14 Metern (Gammastrahlen) bis 104 Metern (Radiowellen) ab, Sonnenlicht mit unterschiedlichen Wellenlängen und unterschiedlicher Strahlenergie. Sichtbares und Infrarot machen mehr als 90% der gesamten Sonnenstrahlung aus.

Während der Umlaufbahnflüge empfangen Raumschiffe und Außenraumkostüme hauptsächlich drei Teile der Strahlenergie: die Energie aus sichtbarem Licht und Infrarotstrahlung der Sonne, die Energie, die die Erde reflektiert, und die Energie aus thermischer Strahlung der Erdatmosphäre. Diese absorbierten Energien beeinflussen die Temperatur und die Verteilung der Raumfahrzeuge und der Außenraummantel, und die Größe der absorbierten Energie hängt von ihrer Strukturform, den Eigenschaften des Oberflächenmaterials und der Umlaufbahn ab. Bei einer Wellenlänge von weniger als 300 Nanometern macht die Strahlungsenergie zwar nur einen sehr kleinen Teil der gesamten Sonnenstrahlung aus, kann sich aber die optischen Eigenschaften der Materialoberfläche stark ändern. Der UV-Strahlungseffekt manifestiert sich hauptsächlich in photochemischen Effekten und Lichtquantenwirkungen.

Die Simulation der Sonnenstrahlung ermöglicht die Simulation der sonnenspektralen thermischen und sonnenspektralen photochemischen Effekte, die von der Sonnenstrahlung auf Raumschiffe und außerhalb der Kabine verursacht werden. Wenn nur Wärmeeffekte simuliert werden, wird dies als Simulation von Außenraumwärmeströmen bezeichnet. Es gibt zwei Methoden zur Simulation von Außenraumwärmeströmen, eine Klasse ist die Einströmungssimulationsmethode, auch als Sonnensimulationsmethode bekannt; Eine andere Kategorie ist die Absorptionswärmeströmsimulation, auch als Infrarotsimulation bezeichnet. Komplexe Proben mit allgemeiner Form und Oberflächenmaterialform sollten die Sonnensimulationsmethode verwenden; Formregeln, Oberflächenmaterial Form eines einzelnen Probens, kann die Infrarot-Simulation-Methode verwendet werden. Wenn die photochemische Wirkung der UV-Umgebung simuliert werden muss, kann ein UV-Simulator verwendet werden.

(3) Raum kalte schwarze Umgebung und Simulation

Die Äquivalenttemperatur der kalten schwarzen Umgebung im Weltraum beträgt etwa 3K und die Wärmeabsorption beträgt 1, was als idealer schwarzer Körper ohne Wärmestrahlung und Wärmereflektion betrachtet werden kann. Wenn es keine Sonnenstrahlung gibt, ist der kosmische Raum ein "kalter" und "schwarzer" Raum. In dieser kalten, schwarzen Umgebung wird die gesamte Wärmeenergie, die von einem Objekt ausgestrahlt wird, vollständig absorbiert und wird daher auch als heißsinkende Umgebung bezeichnet. Die kalte schwarze Umgebung hat einen großen Einfluss auf die thermischen Eigenschaften von Raumfahrzeugen und Außenraummanteln, die Entwicklung von Raumfahrzeugen und Außenraummanteln muss in einer simulierten kalten schwarzen Umgebung ausreichende thermische Vakuum- und thermische Gleichgewichtstests durchführen, um zu überprüfen, ob ihr thermisches Design und ihre thermischen Eigenschaften die Anforderungen erfüllen.

Um die kalte schwarze Umgebung im Raum zu simulieren, werden Bauteile aus Aluminium, Kupfer oder Edelstahl in der Regel verwendet, deren Innenfläche mit einer speziellen schwarzen Farbe mit hoher Absorptionsrate beschichtet und flüssiger Stickstoff in das Innere des Bauteils geleitet, eine Vorrichtung, die als Wärmesenkung bezeichnet wird. Derzeit verwenden alle Weltraumstaaten diese Art von Flüssigen Stickstoff als Kältequelle zur Simulation der kalten schwarzen Umgebung im Weltraum, da die theoretische Berechnung und die Analyse der Testdaten der thermischen Analyse zeigen, dass die Temperatur und Absorptionsrate von 77K Flüssigen Stickstoff über 0,9 zur Simulation der kalten schwarzen Umgebung im Weltraum verwendet werden, der Simulationsfehler beträgt nur etwa 1%, was die Anforderungen der Simulation der kalten schwarzen Umgebung vollständig erfüllen kann. Darüber hinaus ist die Suche nach niedrigeren Temperaturen unnötig und erhöht die technische Schwierigkeit und die Investition in Simulationsgeräte erheblich.