卫星环境模拟技术weixing huanjing moni jishusatellite environment simulation technology

在地面实验室中复现卫星所经受的各种环境或环境效应的技术。
卫星在其整个寿命过程中要经受各种环境的作用。例如，在发射阶段，由于运载火箭工作和高速飞行，卫星受到加速度、噪声、振动和冲击等力学环境作用；在轨道飞行过程中，卫星经受到多种空间环境的影响，如真空、冷黑、太阳辐射、高能粒子、等离子体、磁场、失重和微流星等。这些环境可能对卫星产生各种不利的影响，如引起卫星的材料和电子元器件损坏或性能劣化，卫星上的仪器设备和部件不能正常工作，以及卫星结构损坏等等。
为保证卫星顺利入轨并在预定寿命期间完成预定的飞行任务，充分了解各种环境可能对卫星产生的不利影响和危害，对卫星从所用的材料和电子元器件直至整个卫星进行广泛而严格的环境试验来检验卫星设计和制造工艺，是十分必要的。环境试验所用的试验设备应能真实地复现卫星将经受的各种环境或者这些环境的效应，即环境模拟。
由于技术上和经济上的限制，环境试验主要以再现各种环境效应为主。最典型的例子是，为了检验卫星的热设计，确保卫星的热控分系统能将卫星温度控制在规定的范围内，保证卫星上仪器设备正常工作，需要建造大型的所谓热真空环境模拟器对卫星进行热平衡试验和热真空试验。在该设备中，用液氮冷却至80～100K，内壁为涂有吸收率大于0.9的黑漆的壁套（通称热沉），以模拟太空的冷黑背景；用太阳模拟器或红外加热装置加热的方法模拟太阳及地球对卫星的热辐射；将模拟器内压力抽至低于10-3Pa，以模拟轨道真空环境。用上述方式在空间环境模拟器内所造成的热-真空环境与卫星在轨道上所经受的实际环境虽然有相当的差别，但是从卫星能量平衡分析来看，在这样的模拟环境条件下，不考虑其他因素，可以将热模拟误差控制在1%以内。而建造这样的试验设备比完全真实地造成卫星在空间经受的冷黑、真空和热环境技术上难度小得多，所化费用也大大减少。尽管如此，要建造一台先进的大型空间环境模拟器也要化费数千万元甚至上亿元。又如，为了解不同能量和类型的高能粒子对电子元器件产生的不利影响，建造了能产生电子与质子束流的粒子辐照环境试验设备；为研究磁层亚暴对卫星产生的充放电效应，建立了具有电子源、离子源和紫外光源的模拟试验设备；为研究地磁场对卫星的磁效应，建造了能产生磁场均匀可调的磁试验设备；为模拟卫星经受的声环境，建造了具有良好反射性能和产生高强度噪声的混响室；为模拟卫星经受的振动环境，建造了电动振动台或电液振动台。由于卫星环境十分复杂和多样化，相应的环境模拟试验设备种类繁多。
卫星环境模拟是卫星环境工程的重要组成部分。它对减少卫星故障和提高卫星可靠性起着重要的作用。它是一门涉及多个学科和技术领域的综合性的学科。随着航天技术的发展，卫星环境模拟技术也取得了巨大的进步。今后也还将根据新型号研制的需要继续发展，更深入了解各种环境对卫星的影响，不断提高模拟技术水平，使之更有效地为航天技术的发展服务。