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用于太空模拟和研究的真空设备

先进真空和热真空室可还原太空环境中的低压、极端温度和洁净环境。

这使得航天器硬件、推进系统和材料能够在地面接受真实任务环境下的评估。

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如何在地面模拟太空环境?

各类系统在轨运行前,精准测试至关重要。Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions 可构建稳定、污染可控的环境,模拟太空低压宽温域条件。

通过保障极端环境下测试结果的可复现性,Pfeiffer 普发助力客户缩短认证周期、规避测试风险,并在发射前提前完成组件可靠性验证。

产品组合

Pfeiffer 普发为各类航天科研应用打造洁净、稳定、可复现的真空环境提供所需的技术,包括从实验室配置、航天器认证到推进系统测试等等。

我们的系统可提供确保结果可靠性所必需的抽速、压力稳定性与测量精度。

作为 Busch Group 旗下品牌,Pfeiffer 普发的产品组合与 Busch 普旭的产品形成互补,可为严苛环境提供强劲的粗真空能力高吞吐性能。双方携手,可全面覆盖太空模拟、热真空测试以及推进应用所需的全真空范围。

配套产品比较

太空模拟和科研领域应用

Pfeiffer 普发真空技术已服务于吉森大学(Justus Liebig University Giessen)、纳莫集团(Nammo)以及华沙 IFPiLM 研究所等多家机构。

我们的真空系统支持广泛的航天科研任务,包括从热真空合格性验证推进测试材料研究等等,为相关实验提供所需的压力稳定性、洁净度和长期可靠性

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热真空测试

热真空室(TVAC)中进行的热真空测试,可长时间保持稳定的低压环境和预设的温度区间,确保组件在模拟太空环境下性能稳定一致。太空领域相关应用通常覆盖 - 80 ℃ 至 150 ℃ 以上的温度范围,因此真空室内部需配备专用冷却或加热方案。

为实现这些条件,可在真空室中加装热屏蔽罩——也称冷屏蔽罩隔热防护罩——该装置与可实现目标温度的热流体恒温器相连。防护罩能够提供均匀表面,并在循环过程中保持稳定的热性能状态。

系统结构完整性通过氦气泄漏测试验证,该技术具备检测热真空应用中焊接结构微小泄漏率所需的灵敏度。真空室内表面可采用电解抛光或其他低脱气处理工艺,确保测试全过程保持洁净、稳定的真空环境。
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推进测试

推进测试对真空系统有着不同的要求。

电推进器需要较低的背压,以防止测试设施对排气膨胀和束流特性产生影响,而化学发动机在点火阶段会产生高负荷、快速变化的气体载荷。

因此,需根据推进技术及其负荷特性精确调整抽气方案
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电推进测试

射频离子推进器霍尔效应推进器等等离子发动机以及其他等离子体推进系统的测试要求真空环境将背压和推进剂分压控制在极低水平,以免由于设备因素导致排气膨胀和束流特性出现偏差。

根据推进器类型和推进剂流量的不同,工作压力通常处于 10-7 hPa (mbar) 10-5 hPa (mbar) 的数倍之间

电推进系统多采用氙气氪气等高分子量、大体积流量惰性推进剂气体,对真空系统提出了较高的要求。

Pfeiffer 普发提供可扩展的抽真空方案,涵盖适用于实验室配置的紧凑型涡轮分子泵站,以及用于全尺寸推进器测试的高抽速系统。这些方案可在持续惰性气体载荷下保持压力稳定。通过集成压力测量和残余气体分析(RGA),可实现气体成分实时监测,并在运行过程中验证设备的测试范围。

化学推进测试

化学推进测试,包括火箭发动机测试,会产生极高易突变的气体载荷,在点火阶段尤为显著。为在该条件下维持稳定的背压,真空系统必须具备高抽速,并对抽气通量的变化做出快速响应。

Pfeiffer 普发采用罗茨泵干式螺杆真空泵组合的真空罗茨泵装置,可满足上述要求。该设计将气体载荷分摊至多个泵级,避免了热过载,同时在粗真空和中真空区间提供所需的抽气通量。

变频控制模式
可使抽速与瞬态气体载荷相匹配。点火前,可通过大孔径阶跃负载测试复现预期负载曲线,完成系统性能验证。

针对涉及易燃推进剂或存在点火源的爆炸风险环境,可提供符合 ATEX 标准的配置方案。

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望远镜镀膜和光学元件

大型镜面精密检漏仪光学镀膜作业,需在高真空环境下进行,要求将背压控制在较低水平,并对工艺气体流量进行严格控制。这有助于减少颗粒夹杂、光散射以及其他影响光学性能的缺陷。

Pfeiffer 普发提供定制化真空系统,可同时对基础真空度及沉积工艺产生的气体载荷进行调控。真空室内表面采用电解抛光或其他低脱气处理工艺,以维持洁净、稳定的环境。可集成

残余气体分析仪(RGA),实现气体成分的实时监测。通过协调集成真空泵、真空计、阀门以及真空室接口,可为均匀、高精度的光学镀膜营造可复现的真空条件。
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真空烘烤和脱气研究

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烘烤和脱气测试需在稳定真空环境下开展,同时加热组件以去除吸附的水分挥发性化合物。这些程序也用于确定 NASA 和 ECSS 的通用材料筛选规范中定义的总质量损失(TML)收集到的挥发性可冷凝物质(CVCM)值,并评估敏感表面的污染风险。

Pfeiffer 普发通过洁净、低脱气的真空室内部和能在高温下维持设定压力水平的真空设置为这些任务提供支持。

可集成残余气体分析仪(RGA),对加热过程中释放的气体成分进行监测,而温度可控的泵组配置则有助于保持工艺条件的一致性。
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用于太空模拟的精密真空室

Pfeiffer 普发开发了多种配置的真空室,从用于特定测试任务的紧凑型系统,到专为复杂的太空模拟需求设计的大型应用专用真空室,一应俱全。

了解更多真空室的相关信息
  • 紧凑型热真空室(TVAC)

    标准化热真空室系统,适用于与太空相关的组件和子系统测试

    模块化设计使其能够适应所需的压力范围、可选的热调节功能和洁净度等级,为科研和工业领域的认证与验证工作提供支持。

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  • 大型模拟太空舱

    专为高要求太空模拟应用而定制设计的模拟太空舱。

    这些系统将超高真空性能与特定应用功能相结合,如隔热防护罩大测试容积及定制化内壁处理工艺,可满足各类复杂的认证和验证工作的需求。

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专为满足航天行业标准而设计

航天相关测试通常需遵循源自美国国家航空航天局(NASA)欧洲空间标准化合作组织(ECSS)ISO 14644 标准的客户规范。

Pfeiffer 普发设计的真空系统和真空室,以便能够对各类测试规范中规定的压力等级、温度范围及洁净度条件进行稳定设置、精准调控与可靠记录。例如:这涵盖热真空测试材料筛选测试等场景,以及在洁净室环境中的操作

若推进测试装置涉及易燃气体或点火风险,真空系统还可提供符合 ATEX 标准的配置,以满足必要的安全要求。
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客户案例研究

Pfeiffer 普发的解决方案广泛应用于领先的研究机构和推进设施,在航空航天相关测试中,可复现的真空条件至关重要。
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CHEOPS 太空望远镜(ESA)

伯尔尼大学

为使 CHEOPS 探测任务的光学组件达到合格标准,伯尔尼大学采用了由 Pfeiffer Vacual+Fab Solutions 设计的 5.5 吨级热真空室。该真空室可提供稳定的高真空环境,并配备温控隔热防护罩,能够实现 -90 ° C 的深低温运行及高达 160 °C 的烘烤除气处理。

该系统支持在任务相关的真空和热条件下,对 CHEOPS 飞行硬件进行校准和功能测试

下载我们的案例研究
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VLT 和 ELT 仪器

欧洲南方天文台(ESO)

欧洲南方天文台(ESO)在甚大望远镜(VLT)红外线仪器中采用了 Pfeiffer 普发的 ATH 涡轮分子真空泵。ATH 涡轮分子真空泵已连续稳定运行十余年,无停机维护记录,并且欧洲南方天文台已批准其可在甚大望远镜(VLT)及未来极大望远镜(ELT)中持续使用。这类真空泵可提供稳定的高真空环境,是高灵敏度探测器系统实现冷却和正常运行的关键保障。

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等离子体和离子束研究

吉森大学(JLU)

吉森大学采用 Pfeiffer 普发的解决方案开展等离子体物理离子束研究相关实验。

稳定的真空条件可为束流‑等离子体相互作用空间等离子体建模,以及与电推进和空间环境相关的基础物理过程研究提供支持。
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化学推进热试车测试

Nammo Raufoss 推进装置

Pfeiffer 普发为 Nammo 的发动机热试车设施提供了一套由罗茨泵干式螺杆真空泵组成的真空罗茨泵机组。该系统可在发动机点火及气体载荷突变的工况下维持设定的背压,并通过大孔径阶跃负载测试完成性能验证。该设施已依托此系统完成超 1,000 次热试车测试。

了解更多
等离子体物理与激光微聚变研究所(华沙)专用真空室

华沙等离子体物理和激光微聚变研究所(IFPiLM)

模拟太空舱 - 华沙 IFPiLM

Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions 为 IFPiLM 的太空模拟研究设施提供了真空室、配套泵组系统以及集成于热真空装置中的温度控制系统

该系统根据该研究所的特定边界条件和热需求进行定制设计,并通过密切的技术协作完成研发,以支持等离子体物理空间技术实验

常见问题解答

热真空室的工作原理是什么?

热真空室(TVAC)中,通过创造真空条件和设定的温度环境来模拟太空环境。

在真空中,热量无法通过对流传递,因此温度控制需依赖外部加热或冷却装置(如隔热防护罩)进行控制。借此可在与太空环境相符的压力温度条件下,测试组件的稳定性与工作性能。

离子推进器的工作原理是什么?

离子推进器将氙气等推进气体电离,并利用电场或磁场加速离子。由此产生的离子束会产生较小但持续的推力,从而为卫星定轨深空探测任务提供高效、长时间的推进动力。

太空推进系统的工作原理是什么?

太空推进系统基于牛顿的第三定律:向某一个方向喷射物质,即可产生反向的驱动力。

化学发动机通过喷射高温废气产生推力,电推进系统则通过加速带电粒子实现推进。即使在没有空气的太空中,喷射出的物质也能提供驱动航天器运动的反作用力。

太空模拟需要达到何种压力水平?

压力要求取决于具体应用。许多热真空测试和材料测试在中真空范围内运行,而电推进测试通常需要超高真空(UHV)环境,以防止离子束发生畸变,以及推进剂粒子与测试设施之间发生不必要的相互作用。

哪些材料适合用于太空真空测试?

用于太空真空测试的材料必须具备低脱气性、热循环条件下稳定的机械性能,以及表面洁净且与真空环境兼容等特性。

不锈钢是真空室及其内部组件的标准材料,因其本身脱气率低。真空室及其组件的不锈钢表面通常会进行玻璃喷砂、研磨铣削电解抛光处理。正确的清洁和密封防漏组装至关重要,且通常会进行热烘烤除气处理,以进一步减少与表面相关的气体负荷。

橡胶密封圈残余气体的主要来源之一。此外,被测试设备内的材料(如聚合物涂料粘合剂电气组件等)往往是整体脱气行为的主要影响因素。因此,这些材料需根据美国国家航空航天局(NASA)和欧洲空间标准化合作组织(ECSS)材料测试标准中定义的总质量损失(TML)收集的挥发性可冷凝物质(CVCM)等标准化筛选参数进行评估。

什么是真空烘烤除气,为何必须进行此操作?

真空烘烤除气是通过在真空环境下加热组件,去除吸附的水分和挥发性化合物。此举可降低光学元件、检漏仪或推进系统硬件的污染风险,并有助于在后续测试中维持稳定的压力环境。

烘烤除气是材料筛选认证流程的典型步骤

为何在太空测试中污染控制如此重要?

真空环境中,污染物会发生迁移并在低温表面冷凝,进而影响光学镀膜、检漏仪性能或热控表面的工作效果。

清洁的表面、低脱气性材料以及可控的真空环境可确保测试结果真实反映组件在太空环境中的实际表现。

测试离子推进器需要何种真空装置?

离子推进器测试所需的真空度通常在 10-7 hPa (mbar) 至 10-5 hPa (mbar) 的数倍 范围内,具体取决于推进剂流量和推进器类型。

真空系统必须具备高抽速,以排除氙气krypton 废气并保持稳定的背压。在推进器运行期间,可采用残余气体分析技术监测气体成分。

Pfeiffer 普发如何支持定制化的太空模拟装置?

各类测试需求均具有独特性, Pfeiffer 普发可根据特定任务需求,设计并制造定制化的热真空室及集成式真空泵机组。

无论是离子推进器羽流分析材料脱气研究,还是望远镜镜面镀膜,我们的工程师均可提供从系统设计和计算到安装、校准及维护的全流程支持。

欢迎联系我们的专家团队

为何选择 Pfeiffer 普发来开展空间研究应用?

Pfeiffer 普发将 130 多年的真空工程经验与航空航天及科研领域的深厚应用知识相结合。 从紧凑型大学测试台全尺寸推进设施,我们提供完整的系统解决方案,包括真空室真空泵真空计及分析工具,确保稳定、无污染且可重复的测试条件。

我们遍及全球的服务网络与研究机构的密切合作使 Pfeiffer 普发成为在地面复现太空环境的可靠合作伙伴。

电推进火箭与化学推进火箭有何区别?

电推进火箭是利用电能电离并加速推进剂气体(如氙气)的推进系统。其推力较小但持续稳定,且需在高真空或超高真空环境下运行

化学推进火箭则通过燃烧推进剂产生推力,释放高温废气并形成高质量流量。其运行需要真空系统能够处理点火期间的大规模气体负荷及快速瞬态变化。

为何选择 Pfeiffer 普发来开展空间研究应用?

Pfeiffer 普发将 130 多年的真空工程经验与航空航天及科研领域的深厚应用知识相结合。从紧凑型大学测试台全尺寸推进设施,我们提供完整的系统解决方案,包括真空室真空泵真空计及分析工具,确保稳定、无污染且可重复的测试条件。

我们遍及全球的服务网络与研究机构的密切合作使 Pfeiffer 普发成为在地面复现太空环境的可靠合作伙伴。