[“飞天”前的考验]三十年前飞天洋河

　　“神七”任务圆满完成。“飞天”舱外航天服能顺利通过太空的严峻考验，舱外航天服试验舱自然功不可没一一它能为舱外航天服提供一个与空间在轨飞行相似的环境。2008年6月出版的《航天医学与医学工程》杂志上发表的《载人航天环境模拟技术的发展》介绍了研究人员是如何设计这种相似环境的。
　　真空、冷黑和太阳辐照是宇宙空间环境中最主要的5项空间环境因素，对航天器和舱外航天服的热性能、电性能和力学性能等都有严重影响，对航天器和进行舱外活动的航天员构成重大威胁。中国航天员科研训练中心2007年建成的载人空间环境模拟设备――舱外航天服试验舱，主要用于模拟宇宙空间环境的真空、太阳辐照和冷黑3个基本参数。
　　
　　模拟超高真空环境
　　
　　在载人航天器所处的500千米的轨道高度上，空间真空度为10―6 Pa左右。地面上的模拟试验能为试件提供相同超高真空的条件吗?
　　在进行航天器和舱外航天服的空间环境模拟试验时，真空环境对试件热特性的影响是主要问题之一。因为在真空度达到10-2 Pa以上时，辐射换热成为主要的换热形式，对流和热传导换热此时可以忽略。因此，空间模拟设备模拟的真空度达到10―3 Pa时已经能够较为真实的模拟真空环境中的热交换效应，而不必追求更高的真空度。
　　
　　模拟太阳辐照环境
　　
　　在太阳辐射热效应中，可见光和红外光的辐射能量占太阳总辐射能量的90％以上。在轨道飞行中，航天器和舱外航天服主要接受三部分辐射能量：来自太阳可见光和红外辐射的能量、地球反射太阳辐射的能量和地球大气的热辐射能量。航天器和舱外航天服所吸收的这些能量影响其温度及分布，所吸收能量的多少取决于其结构外形、涂层材料特性和飞行轨道。如果仅模拟热效应，称为空间外热流模拟。空间外热流的模拟有两类方法：一类是入射流模拟法，也称为太阳模拟法：另一类是吸收热流模拟法，又称红外模拟法。一般外形和表面材料性状复杂的试件宜采用太阳模拟法，外形规则和表面材料性状单一的试件则可采用红外模拟法。
　　波长小于300纳米的紫外光辐射能量虽然只占太阳总辐射能量的极小部分，但会使材料表面的光学性能发生很大的变化。如果需要模拟紫外的光化学效应，可利用紫外辐照模拟器进行。
　　
　　模拟空间冷黑环境
　　
　　宇宙空间冷黑环境的等效温度约为3K，热吸收率为1，可以看作是一个没有热辐射和热反射的理想黑体，当没有太阳辐照时是一个完全“冷”和“黑”的空间。在这个冷黑环境中，物体所发出的所有热能被完全吸收，因此也被称为热沉环境。
　　冷黑环境对航天器和舱外航天服的热性能有着极大的影响。航天器和舱外航天服的在其研制过程中必须在模拟的冷黑环境中进行充分的热真空和热平衡试验，验证其热设计和热性能是否满足要求。
　　目前世界各航天国家均采用这种以液氮作冷源的热沉来模拟空间冷黑环境。热沉装置通常由用铝、铜或不锈钢等材料构成，构件的内表面上涂有高吸收率的特制黑漆，构件内部注满液氮。研究表明，用温度77 K液氮和吸收率为0.9以上的热沉来模拟空间冷黑环境，模拟误差仅为1％左右，完全能够满足冷黑环境模拟试验的要求。
　　
　　等效模拟最为常用
　　
　　航天环境模拟既可以真实地复现航天环境，也可以采用适当的方法部分复现航天环境，从而产生航天环境所形成的效应，使之达到同样的试验目的。后一种方法被称作等效模拟方法。