【康沃真空網】北京時間10月31日15時37分，搭載空間站夢天實驗艙的長征五號B遙四運載火箭，在我國文昌航天發射場點火發射，夢天實驗艙與火箭成功分離并進入預定軌道，發射任務取得圓滿成功。
▲ 圖片來源：中國載人航天工程辦公室
夢天實驗艙是中國空間站第三個艙段，也是第二個科學實驗艙，由工作艙、載荷艙、貨物氣閘艙和資源艙組成，起飛重量約23噸，主要用于開展空間科學與應用實驗，參與空間站組合體管理，貨物氣閘艙可支持貨物自動進出艙，為艙內外科學實驗提供支持。
▲ 圖片來源：航天科技集團五院
發射前的“模擬考試”
中國空間站運行在距地面約400公里高度軌道上，將長期處于高真空、冷黑的環境中，并會隨著飛行遭遇高達150攝氏度、低至零下100攝氏度的冷熱交替環境，時刻面臨空間微流星以及空間碎片撞擊的威脅。為保證空間站在軌運行及航天員生命安全，在發射之前，夢天實驗艙要在地面環境模擬容器中經歷最大的考驗——真空熱試驗。
因為天和核心艙、問天實驗艙和夢天實驗艙“身材”高大，我國大型空間環境模擬設備KM6、KM7和KM7A等空間環境模擬器的尺寸不夠。為此，航天科技集團五院總裝與環境工程部在天津AIT中心建成了我國容積最大、自動化程度最高的世界第三大空間環境模擬器KM8。
▲ 空間環境模擬器KM8
我國第一代空間環境模擬器是在1965年設計的。當時科研人員突破了西方的技術封鎖，中國第一顆人造衛星“東方紅一號”就是在其中做完了真空熱試驗。該設備有效直徑是2m，長2.5m。
隨著我國航天事業的發展，航天器的尺寸不斷增大，環境模擬設備也在過去將近60年的時間里不斷升級，先后完成了多款空間環境模擬設備的建設，支撐起了我國北斗導航、深空探測、載人航天等重大工程任務的快速發展。2017年，為了支撐中國空間站的建造，直徑達到17m、高度達到35m的空間環境模擬器KM8正式建成。
KM8空間環境試驗系統容器為立式結構，總容積約6000m3。其中底部封頭安裝在地下，地面部分高度約為26m。主要包括真空容器、真空系統、熱沉、氮系統、測控系統、試驗工裝系統6個分系統。
航天科技集團五院總裝與環境工程部 真空熱試驗系統副主任工程師 劉志強介紹說：“天和核心艙、問天實驗艙和夢天實驗艙都是在KM8做完真空熱試驗之后，送到基地發射，所以（可以）說天津基地是空間站的誕生地。”
KM8內壁裝有一層近2200平方米可充氣充液的密閉“內殼”——熱沉，以模擬冷黑空間。熱沉通入液氮可持續進行冷卻，從而模擬出“冷”；同時，在熱沉表面刷一層吸收率很高的黑漆，模擬出“黑”。KM8強大的低溫系統可維持液氮在熱沉內長時間穩定循環，保證熱沉表面的平均溫度指標低于-180℃。30多臺真空泵則可保證容器內部6000余立方米空間的真空度達到要求。
KM8真空系統配置：
● 粗抽系統由8套干泵+羅茨泵+羅茨泵三級粗抽機組、DN1000mm氣動插板閥及液氮冷阱組成，8套粗抽機組總峰值抽速約12600L/s，可在4h內將容器從常壓抽至5Pa以內；
● 配置8套抽速約為3200 L/s 的分子泵系統在粗抽結束后，容器內真空度達到5Pa以下時對容器進行過渡抽氣，以達到低溫泵的開啟壓力；
● 高真空系統設計使用10臺DN1250低溫泵進行抽氣，使真空容器能在熱沉低于100K情況下空載極限壓力達到低于1.0×10 Pa。
▲ KM8 空間環境模擬設備真空系統配置
空間站在軌飛行過程中，由于沒有大氣層的保護，空間站艙體表面處于陽照陰影交變狀態。在太陽光直射下，空間站表面溫度最高可達150℃以上，在背陽面，溫度最低可達-100℃以下。為真實模擬“冷熱交替”的環境考驗，試驗團隊通過嚴密的熱仿真分析，為夢天實驗艙量身定制了一套專用“外衣”，即紅外加熱籠。通過控制所加電流改變電阻片的溫度，從而實現“外衣”溫度的交替變化。
▲ 三艙聯試
KM8的真空系統能模擬出外部的高真空環境，并通過壓力控制系統，按照一定的速率實現密封艙的泄壓或復壓，模擬空間站被撞擊出現損壞的情況，驗證了夢天實驗艙“臨危不懼”的優秀素質。今后，KM8還將繼續為載人登月、深空探測、遙感等多個領域超大型航天器的順利研制貢獻力量，為航天器安全穩定在軌運行提供可靠保障。
