本书是我国*部较全面论述空间环境模拟设备理论与工程设计基础的书籍。 本书从了解航天器入手，进而深入了解空间环境、空间环境对航天器的损伤、空间模拟思路、试验方法，*终达到设计研制空间环境模拟设备的目的。本书涵盖了各种空间环境模拟设备的相关理论与设计方法；引入了先进的数值模拟方法，增加了设备研制的可靠性；论述了航天器模拟试验设备相应的控制技术，提高了设备运行的可靠性，使设备更具先进性；还引入了必要的航天标准，使设备研制及模拟试验规范化，提高产品可靠性；汇集了国内外各种典型空间环境模拟设备以及汇编了某些名词术语，有利于国内外文献查阅。 总之，本书能使读者系统了解航天器概貌、空间环境、空间环境对航天器的作用、模拟试验方法，以及空间环境模拟设备设计与研制等相关知识。

第1章 航天器简述1 1.1概述1 1.2航天历史3 1.3航天器分类8 1.4人造地球卫星9 1.5无人运输器10 1.6深空探测器10 1.7空间站11 1.8载人飞船12 1.9载人运输器13 1.10航天器运输系统13 第2章 航天空间环境及效应概述15 2.1真空环境对航天器的影响及效应15 2.1.1大气密度对航天器的气动力效应17 2.1.2压力差效应17 2.1.3真空放电效应17 2.1.4辐射传热效应17 2.1.5真空出气 （释气） 效应18 2.1.6材料蒸发、升华和分解效应18 2.1.7黏着和冷焊效应18 2.2冷黑与太阳辐射对航天器的影响及效应19 2.2.1空间冷黑环境19 2.2.2太阳辐射对航天器的影响及效应20 2.3原子氧与空间带电粒子对航天器的影响及效应21 2.3.1原子氧对航天器的影响及效应21 2.3.2空间带电粒子对航天器的影响及效应22 2.4微重力环境、空间碎片与微流星环境对航天器的影响及效应24 2.4.1微重力环境对航天器的影响及效应24 2.4.2空间碎片 （空间垃圾） 对航天器的影响及效应25 2.4.3空间微流星环境概述27 2.4.4微流星环境对航天器的影响及效应28 2.5月球环境及其对航天器的影响及效应28 2.5.1近月空间环境28 2.5.2月表环境29 2.5.3月球环境对航天器的影响及效应29 2.6火星环境及其对航天器的影响及效应30 2.6.1火星组成与火星表面形貌特征30 2.6.2火星重力场及其对航天器的影响及效应30 2.6.3火星大气特性30 2.6.4火星表面温度31 第3章空间环境模拟试验32 3.1热真空试验33 3.1.1组件热真空试验的原则33 3.1.2试验说明34 3.2热平衡试验36 3.3真空放电试验37 3.3.1试验要求38 3.3.2试验条件38 3.3.3试验设备及仪器39 3.4原子氧试验技术40 3.4.1试验设备及要求40 3.4.2试验试样40 3.4.3原子氧试验的几个参数计算40 3.5真空-紫外辐照试验41 3.5.1试验设备及其要求41 3.5.2试验条件41 3.5.3试验试样41 3.5.4试验数据处理42 3.6真空-质子辐照试验42 3.6.1试验设备及其要求42 3.6.2试验条件43 3.6.3试验试样43 3.7真空-电子辐照试验43 3.7.1试验设备及其要求43 3.7.2试验条件44 3.8综合辐照试验44 3.8.1试验设备及要求44 3.8.2试验条件45 3.9真空条件下材料挥发性能测试方法46 3.9.1测试条件46 3.9.2测试设备47 3.9.3试样制备48 3.9.4测试程序48 3.9.5数据处理49 3.10热平衡试验和热真空试验实例50 第4章航天器空间环境模拟试验设备基本组成及类型53 4.1空间环境模拟试验设备基本组成53 4.1.1真空室系统54 4.1.2真空抽气系统（真空获得系统）54 4.1.3空间环境效应模拟装置57 4.1.4测控系统61 4.2空间环境模拟试验设备基本类型64 4.2.1真空热环境模拟试验设备65 4.2.2空间摩擦润滑及冷焊效应试验设备70 4.2.3空间辐射环境模拟试验设备71 4.2.4原子氧和紫外效应试验设备71 4.2.5空间碎片及月尘模拟试验设备71 4.2.6空间电推进测试试验设备72 4.2.7空间等离子体模拟试验设备72 第5章空间环境模拟试验设备真空系统73 5.1空间环境模拟试验设备真空系统设计原则73 5.2空间环境模拟试验设备中主要真空参数及计算74 5.2.1真空室的极限压力74 5.2.2真空室的工作压力75 5.2.3真空室的本底压力75 5.2.4真空泵的有效抽速75 5.2.5真空室漏率76 5.2.6真空室中材料出气77 5.2.7粗抽泵抽速计算78 5.2.8分子泵前级泵抽速计算79 5.2.9抽气时间计算79 5.3空间环境模拟试验设备真空系统常用流程81 5.3.1真空获得单元配置82 5.3.2真空测量单元配置86 5.4空间环境模拟试验设备中常用真空泵87 5.4.1螺杆真空泵88 5.4.2涡旋真空泵89 5.4.3罗茨真空泵92 5.4.4多级罗茨真空泵94 5.4.5涡轮分子泵95 5.4.6低温泵97 5.4.7溅射离子泵103 5.4.8钛升华泵105 5.5空间环境模拟试验设备中常用真空规计109 5.5.1热偶真空计109 5.5.2电阻真空计110 5.5.3压阻真空计111 5.5.4电容薄膜真空计112 5.5.5热阴极电离真空计113 5.5.6冷阴极电离真空计114 5.5.7B-A真空计116 5.5.8真空规的安装117 5.6模拟室污染及监测118 5.6.1空间环境模拟试验设备模拟室污染来源与控制118 5.6.2四极质谱计120 5.6.3真空质量监控仪123 5.6.4石英晶体微天平125 第6章 空间环境模拟试验设备热模拟系统127 6.1热模拟系统概述127 6.1.1作用、功能及组成127 6.1.2热模拟方式128 6.2热沉129 6.2.1热沉的结构形式129 6.2.2热沉的壁板形式130 6.2.3管翅式热沉的选材131 6.2.4管翅式热沉的结构设计132 6.3空间环境模拟设备低温系统134 6.3.1液氮系统134 6.3.2气氮系统139 6.3.3氦制冷系统143 6.3.4机械制冷系统149 6.4空间环境热流模拟及加热装置154 6.4.1太阳模拟器154 6.4.2红外加热笼156 6.4.3表贴式电阻加热器157 6.4.4气氮加热系统158 6.5热参数测量160 6.5.1温度测量160 6.5.2热流测量168 6.5.3辐照度测量176 第7章空间环境模拟试验设备真空容器设计制造177 7.1真空容器概述177 7.2真空容器设计原则177 7.2.1总体设计要求178 7.2.2焊接要求179 7.2.3圆筒体的形位偏差179 7.3真空容器结构设计179 7.3.1舱门 （预紧、 运动）180 7.3.2筒体181 7.3.3封头182 7.3.4法兰187 7.3.5鞍座188 7.4真空容器强度设计计算188 7.4.1真空容器强度设计原则188 7.4.2真空容器壳体壁厚计算192 7.4.3真空容器封头壁厚计算198 7.4.4真空容器开孔补强设计202 7.4.5真空容器筒体加强圈设计207 7.4.6外压圆筒和球壳壁厚计算公式208 7.4.7受压平板的应力及挠度计算210 7.4.8容器支撑结构焊缝强度计算210 7.5真空容器有限元分析计算212 7.5.1应力分析212 7.5.2应力分类213 7.5.3真空容器的结构失稳214 7.5.4真空容器的有限元分析215 7.6真空容器制造232 7.6.1真空容器的制作233 7.6.2现场氩弧焊及其注意事项234 7.6.3检漏236 7.7真空容器清洁248 7.7.1 清洁处理的目的248 7.7.2真空容器中污染物的来源248 7.7.3清洁处理要求249 7.7.4空间模拟室清洁处理250 7.7.5真空中污染的检测250 7.7.6安装环境洁净度251 第8章空间环境模拟试验设备控制技术252 8.1概述252 8.1.1控制功能252 8.1.2控制对象分类及其特点253 8.1.3控制系统设计原则254 8.2控制系统模式256 8.3空间环境模拟试验设备控制程序设计258 8.4空间环境模拟试验设备人机界面262 8.4.1软件平台简介263 8.4.2人机界面主要功能265 8.5空间环境模拟试验设备的电磁兼容性268 8.5.1电磁兼容性的概念268 8.5.2电磁干扰对空间环境模拟试验设备的危害269 8.5.3空间环境模拟试验设备中电磁干扰的传输方式269 8.5.4空间环境模拟试验设备中电磁干扰的**270 8.6空间环境模拟试验设备控制技术发展展望271 第9章真空热环境模拟试验设备274 9.1概述274 9.2热真空试验设备274 9.2.1设备用途274 9.2.2设备组成及功能274 9.3热平衡试验设备283 9.3.1设备用途283 9.3.2设备组成及功能283 9.4热光学试验设备292 9.4.1设备用途292 9.4.2设备组成及功能294 9.5高精度光学成像质量检测环境模拟设备305 9.5.1设备用途305 9.5.2设备组成及功能306 第10章空间摩擦润滑测试及冷焊效应测试试验设备314 10.1空间固体润滑材料真空摩擦学性能评价技术及试验设备314 10.1.1空间固体润滑材料314 10.1.2空间固体润滑材料真空摩擦学性能评价技术315 10.1.3空间固体润滑材料真空摩擦学试验设备315 10.2空间润滑油脂评价技术及试验设备319 10.2.1空间润滑油脂概述319 10.2.2空间润滑油脂饱和蒸气压测试技术与设备319 10.2.3空间润滑油脂真空润滑性能评价技术与设备322 10.3空间活动部件性能评价技术及试验设备325 10.3.1空间活动部件概述325 10.3.2空间典型活动部件性能评价技术及试验设备325 10.4空间材料冷焊效应评价技术与设备338 10.4.1空间材料冷焊效应对航天器活动部件的影响338 10.4.2ESA/ESTEC空间材料冷焊效应评价试验设备342 第11章空间辐射效应模拟试验设备345 11.1空间辐射环境与效应345 11.1.1天然辐射环境345 11.1.2典型轨道辐射环境349 11.1.3空间辐射效应353 11.2辐射效应模拟试验技术355 11.2.1电离总剂量效应模拟试验技术355 11.2.2位移损伤效应模拟试验技术358 11.2.3单粒子效应模拟试验技术359 11.3辐射效应模拟试验设备360 11.3.1概述360 11.3.2总剂量效应模拟试验设备361 11.3.3位移损伤效应模拟试验设备367 11.3.4综合辐照模拟设备372 11.3.5单粒子效应模拟试验设备374 第12章原子氧和紫外效应试验设备379 12.1概述379 12.1.1空间原子氧及其影响因素380 12.1.2原子氧能量383 12.2紫外及其影响因素384 12.3原子氧/紫外效应384 12.3.1原子氧效应384 12.3.2紫外效应391 12.4原子氧效应模拟试验设备391 第13章空间碎片及月尘模拟试验设备 399 13.1概述399 13.2空间碎片399 13.3空间碎片模拟试验设备401 13.3.1二级轻气炮装置401 13.3.2激光加速器403 13.3.3等离子体加速器404 13.4空间碎片模拟典型设备405 13.5月尘406 13.6月尘模拟试验设备主要结构409 13.7月尘模拟典型设备410 第14章电推进测试试验设备 415 14.1电推进技术简介415 14.2电推进测试与试验417 14.2.1离子推力器组件测试418 14.2.2离子推力器整机测试420 14.2.3系统联试428 14.3电推进测试与试验设备分类、功能及系统组成430 14.3.1推力器地面试验设备分类430 14.3.2推力器地面试验设备功能431 14.3.3电推进测试与试验设备系统组成434 14.4等离子体防护444 14.5电推进试验设备实例445 14.5.1美国电推进试验设备445 14.5.2我国典型电推进试验设备445 第15章空间等离子体模拟试验系统及等离子体诊断技术448 15.1空间等离子体环境概述448 15.1.1等离子体来源448 15.1.2等离子体密度448 15.1.3等离子体温度449 15.1.4等离子体成分449 15.2空间等离子体模拟试验设备建设现状450 15.2.1法国JONAS地面等离子体环境模拟实验系统450 15.2.2意大利INAF-IFSI地面等离子体环境模拟实验系统450 15.2.3美国海军实验室的SPSC等离子体环境模拟实验系统452 15.2.4北京卫星环境工程研究所等离子体环境模拟设备453 15.3典型空间等离子体模拟试验系统技术指标及组成453 15.3.1主要技术指标453 15.3.2系统组成454 15.4真空分系统457 15.4.1真空分系统组成457 15.4.2真空分系统特点457 15.4.3实验舱要求458 15.4.4源舱要求459 15.4.5真空抽气机组459 15.4.6抽气过程460 15.4.7辅助设备460 15.4.8测量控制系统461 15.5离子源461 15.5.1End-Hall离子源462 15.5.2阳极层离子源463 15.5.3考夫曼离子源464 15.5.4射频离子源465 15.5.5电子回旋共振（ECR）离子源466 15.5.6APS离子源467 15.6等离子体相关的探针诊断技术468 15.6.1概述468 15.6.2朗缪尔探针469 15.6.3法拉第探针478 15.6.4阻滞势分析仪482 15.6.5E×B探针485 第16章空间环境要素效应仿真模拟试验技术简介491 16.1概述491 16.2空间环境要素仿真简述492 16.2.1研究领域492 16.2.2数值模拟要点492 16.2.3航天仿真的发展历程493 16.2.4国外研究现状494 16.2.5国内研究现状494 16.3空间热环境仿真495 16.3.1I-DEAS TMG模块简介496 16.3.2用TMG进行航天器热分析的步骤496 16.4空间辐射环境仿真499 16.4.1空间辐射环境模型分析499 16.4.2空间辐射环境仿真系统501 16.5原子氧环境仿真503 16.5.1仿真软件模型构成503 16.5.2航天器位置计算模块504 16.5.3地球大气模型模块504 16.5.4原子氧通量计算模块505 16.6空间碎片仿真506 16.6.1基本框架506 16.6.2三维场景数据的组织507 16.6.3主要空间目标管理507 16.6.4三维场景交互508 16.6.5仿真结果508 第17章国内外空间模拟技术及设备概况510 17.1概述510 17.2ZM系列热真空试验设备512 17.2.1ZM3000光学遥感器空间环境模拟试验设备512 17.2.2ZM4300高性能光学遥感器空间环境模拟设备514 17.2.3ZM系列小型空间环境模拟试验设备516 17.3KM系列空间环境模拟试验设备519 17.3.1KM6000空间环境模拟试验设备519 17.3.2KM2空间模拟器520 17.3.3KM4空间模拟器521 17.3.4KM6空间模拟器523 17.3.5KM8空间模拟器526 17.4国外典型的空间环境模拟技术研究机构及设备简介527 17.4.1美国527 17.4.2欧洲太空局537 17.4.3日本宇宙航空研究开发机构540 17.4.4俄罗斯**航天集团公司542 17.4.5印度空间研究组织543 17.4.6各国大型空间环境模拟设备汇总544 17.5空间效应试验设备546 17.6空间辐射定标及光学遥感器试验设备549 17.6.1红外遥感器辐射定标设备549 17.6.2空间光学遥感器试验设备553 17.7电推进试验设备555 17.7.1兰州空间技术物理研究所电推进器试验设备555 17.7.2国外电推进器试验设备557 参考文献562