什么是热真空试验箱？它是如何工作的？

ACS 热真空试验箱可用于模拟太空环境条件。

什么是热真空试验箱（TVC）

由安吉拉通力测试技术公司（Angelantoni Test Technologies）生产的 ACS 热真空试验箱主要用于模拟空间环境条件。
TVC 的最常见应用包括：卫星性能测试、热循环控制，以及对组件、子系统和完整卫星在完全可控环境下的测试。

这些测试可通过同时控制两个环境参数——压力与温度——准确再现太空环境。

卫星测试的重要性

真空条件模拟了太空环境中热交换的独特方式：辐射与传导。
在发射前进行测试至关重要，因为卫星必须提前经历所有可能影响其性能的环境条件。
若不提前验证卫星在太空中的表现，最常见的风险是卫星组件发生冻结或过热。
此外，需牢记：卫星运行环境的压力通常低于 10⁻⁶ mbar。
在太空中造成组件损伤的主要因素是未经过大气层过滤的太阳辐射（AM0 – Air Mass 0）。

根据卫星所处的轨道，热交换速率会有所不同。有些卫星在约 90 分钟的轨道中运行：

• 进入阴影时温度可降至 –190°C
• 日照时温度可达 +150°C

热分析会基于热模型进行设计，并通过测试进行验证。

凭借在环境模拟测试领域的丰富经验，ACS 已开发出多款 TVC 设备。

热系统（Sistemi termici）

热循环（Thermal Cycling）
用于使被测物（DUT）在典型 –100°C 至 +100°C 的温度范围内进行高低温交替，同时压力保持在低于 10⁻⁶ mbar（高真空）。
在热循环过程中，可通过专用波导进行射频（RF）信号交换。
这些测试可能持续长达一个月。

热平衡（Thermal Balance）

用于验证卫星的热数学模型。
测试会创建与卫星在轨道上所经历环境接近的温度范围（低于 –180°C）。
卫星部分区域还会通过热源（灯或红外辐射器）加热，以模拟太阳辐射，使局部温度可达到 +150°C。
测试期间，卫星保持恒定压力 10⁻⁶ mbar。

根据不同测试需求、预算和灵活性，可提供多种热系统方案，例如：

• 液氮淹没（沸腾模式）
• 液氮淹没（沸腾模式）+ 加热元件（灯或红外辐射器）
• 液氮部分淹没（沸腾模式）+ 加热元件
• 液氮加压回路 + 加热元件
• 加压氮气气体回路
• 液氮与气态氮组合模式
• 机械制冷 + 中间热媒

热真空试验箱如何工作？

1、外部结构

测试舱体（vessel）的外壳采用高品质不锈钢制造，并通过 FEM（有限元分析）优化钢材厚度，使其足以承受舱体内外的压力差。

焊接与表面处理经过特别工艺处理，以尽量降低漏率与材料析气，使设备能够达到深真空水平。

2、热场系统

测试空间由一个温控不锈钢圆筒组成，称为 shroud（辐射罩），其内表面通过辐射方式为 DUT 提供热交换。

两个圆盘形隔热板封闭圆筒两端，以实现均匀的温度场。

Shroud 由两层薄板组成，中间有数毫米间距，用于热流体循环。

其表面涂覆特殊黑色涂层，发射率高于 0.9，RML（回收质量损失）低于 1%（150°C），可在高真空条件下最大化热交换。

在某些测试中，舱内还会放置 thermal plate（热板），用于通过传导方式对样品进行热循环。

根据应用需求，可选择以下温控系统：

温度范围 –70°C ~ +150°C：机械制冷 + 中间热媒

采用典型导热油作为中间流体，通过泵循环，并由制冷剂冷却或电加热。
优点是维护成本较低。

温度范围 –180°C ~ +150°C：加压氮气循环
通过风扇驱动加压氮气在 shroud 内循环，提高密度以增强热交换并确保温度均匀性。
通过电加热器升温，通过喷淋液氮实现冷却。
温控能力优异。

温度范围 –196°C ~ +150°C：液氮 + 辐射源（IR）
Shroud 被完全或部分填满液氮，可达到 –196°C 至 –185°C 的辐射低温环境。
液氮可自然循环或泵循环。
通过红外灯或辐射器加热或控制中间温度。

安吉拉通力测试技术公司已开发出多种标准与定制化的 TVC 与空间模拟器，
均采用一流供应商的高品质组件打造。

3、真空生成系统

真空系统由高品质且知名品牌的真空泵组成：

• • 一级抽气（粗抽） 采用干式泵，避免油污染，维护需求低，可快速将压力从常压降至约 10⁻² mbar
  • 二级抽气 采用更高等级的深冷泵（cryopumps），可实现高真空并保持性能稳定

典型最终压力：1 × 10⁻⁶ mbar 在更长抽气时间下可达到 10⁻⁸ mbar 范围。

4、控制与管理系统

TVC 的控制系统由全自动硬件与软件组成。
序列控制、安全联锁与操作界面通过 PLC 实现，PLC 是整个系统的核心。
当电力、气源、冷却水等辅助设施出现故障时，PLC 会自动触发联锁，确保人员、测试物体与设备安全。
系统提供本地（操作面板）与远程（PC 软件）两种控制方式，并与 PLC 相连。

品牌发言

“ACS 品牌在航天领域建立了强大的领导地位。自 1988 年推出首台热真空试验箱以来，安吉拉通力测试技术公司持续专注于标准化与定制化解决方案的研发，并成功服务于全球最重要的航天研究中心，为其提供整星、子系统与组件测试能力。”

—— Fabrizio Rinalducci

Aerospace Products Application Engineer

安吉拉通力测试技术公司

（Angelantoni Test Technologies）