Las pruebas y el entrenamiento en tierra no pueden separarse de la tecnología de simulación y los equipos de simulación. Para comprender la tecnología de simulación y los equipos de simulación, primero debemos comprender el entorno espacial tripulado.

(1) entorno de vacío y simulación

A una altura orbital de 500 kilómetros a la que se encuentra la nave espacial tripulada, el vacío espacial es de unos 10 - 6 pa; A una altura orbital de 1.000 kilómetros, el vacío espacial es de unos 10 - 8 PA.

Al realizar pruebas de simulación térmica ambiental espacial de naves espaciales y trajes espaciales extravehiculares (principalmente pruebas de vacío térmico y pruebas de equilibrio térmico), la preocupación es principalmente el impacto del entorno de vacío en las características térmicas de la muestra. Cuando el vacío alcanza más de 10 - 2 pa, la transferencia de calor por radiación se ha convertido en la principal forma de transferencia de calor, y los efectos de la transferencia de calor por convección y conducción ya pueden ser ignorados. Por lo tanto, el vacío simulado por el equipo de simulación espacial alcanza la magnitud de 10 - 3 pa, lo que ya puede simular de manera más real el efecto de intercambio de calor del entorno de vacío de la órbita de vuelo de la nave espacial, sin tener que perseguir un vacío más alto. Solo algunas pruebas especiales, como las pruebas de fricción seca al vacío y las pruebas de soldadura en frío, requieren equipos de prueba con mayor vacío.

(2) entorno y simulación de irradiación solar

El sol irradia una enorme energía al espacio cósmico en cada momento, y la longitud de onda de la luz solar cubre una amplia región de 10 - 14 metros (rayos gamma) a 104 metros (ondas de radio), y la energía de la radiación es diferente en diferentes longitudes de onda de la luz solar. La energía de la radiación de la luz visible es la mayor, y la energía de radiación de la luz visible y la luz infrarroja representa más del 90% de la energía total de radiación del sol.

Durante el vuelo orbital, las naves espaciales y los trajes espaciales extravehiculares reciben principalmente tres partes de la energía de radiación: la energía de la luz visible e infrarroja del sol, la energía de la tierra que refleja la radiación solar y la energía de radiación térmica de la atmósfera terrestre. Esta energía absorbida por la nave espacial y el traje espacial extravehicular afecta su temperatura y distribución, y la magnitud de la energía absorbida depende de su forma estructural, características del material superficial y órbita de vuelo. Los rayos ultravioleta con una longitud de onda inferior a 300 nanómetros, aunque la energía de radiación representa solo una parte muy pequeña de la energía total de radiación solar, pueden cambiar mucho las propiedades ópticas de la superficie del material. El efecto de radiación ultravioleta se manifiesta principalmente en efectos fotoquímicos y efectos cuánticos ópticos.

Las pruebas de simulación de radiación solar pueden simular los efectos térmicos espectrales solares y los efectos fotoquímicos espectrales solares producidos por el entorno de radiación solar en naves espaciales y trajes espaciales extravehiculares. Si solo se simula el efecto térmico, se llama simulación de flujo de calor fuera del espacio. Hay dos métodos para simular el flujo de calor fuera del espacio, uno es el método de simulación de chorro de entrada, también conocido como el método de simulación solar; La otra categoría es el método de simulación de flujo de calor de absorción, también conocido como método de simulación infrarroja. Las muestras con formas generales y formas complejas de materiales superficiales deben utilizar el método de simulación solar; Las muestras con forma regular y forma única de material superficial pueden utilizar el método de simulación infrarroja. Si es necesario simular los efectos fotoquímicos del entorno de irradiación ultravioleta, se puede realizar con un simulador de irradiación ultravioleta.

(3) ambiente frío y negro en el espacio y simulación

La temperatura equivalente del entorno negro frío en el espacio cósmico es de aproximadamente 3k y la tasa de absorción de calor es de 1, lo que puede considerarse como un cuerpo negro ideal sin radiación térmica y reflexión térmica. Cuando no hay irradiación solar, el espacio cósmico es un espacio completamente "frío" y "negro". En este ambiente frío y negro, toda la energía térmica emitida por el objeto se absorbe completamente, por lo que también se llama ambiente de hundimiento térmico. El entorno frío y negro tiene un gran impacto en el rendimiento térmico de las naves espaciales y los trajes espaciales extravehiculares. para desarrollar naves espaciales y trajes espaciales extravehiculares, es necesario realizar pruebas adecuadas de vacío térmico y equilibrio térmico en un entorno frío y negro simulado para verificar si su diseño térmico y rendimiento térmico cumplen con los requisitos.

Para simular el ambiente frío y negro del espacio, generalmente se utilizan componentes hechos de materiales de aluminio, cobre o acero inoxidable, cuya superficie interior se pinta con una pintura negra especial de alta absorción y el nitrógeno líquido se introduce en el interior de los componentes, un dispositivo llamado hundimiento térmico. En la actualidad, todos los países espaciales del mundo utilizan este tipo de hundimiento térmico con nitrógeno líquido como fuente de frío para simular el ambiente frío y negro en el espacio, porque los cálculos teóricos del análisis térmico y el análisis de datos de prueba muestran que el hundimiento térmico con una temperatura de nitrógeno líquido de 77k y una tasa de absorción de más de 0,9 para simular el ambiente frío y negro en el espacio, con un error de simulación de solo alrededor del 1%, puede cumplir plenamente con los requisitos de la prueba de simulación del ambiente frío y Negro. Además, no es necesario perseguir temperaturas más bajas y aumentará considerablemente la dificultad técnica y la inversión en equipos analógicos.