航天器氦质谱真空容器总漏率检测的灵敏度及可信度探讨

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)北京卫星环境工程研究所 作者:闫荣鑫

  依据航天器氦质谱真空容器总漏率检测原理,讨论了检漏仪和真空容器直接相连、同真空容器主真空泵并联、在前级泵和主真空泵间等连接方式,逐项研究了总漏率测试的最小可检漏率、反应时间,分析各种连接方式的应用特点,认为对大型航天器氦质谱真空容器检漏系统,检漏仪连接在前级泵和主泵之间可得到较好的灵敏度和反应时间。通过测量不确定度的分析与评定,确定一般航天器氦质谱真空容器总漏率检测的相对标准不确定度小于10%。

  泄漏是航天器的大敌,微小的漏孔也能造成巨大损失。据1957 年~1994 年的不完全统计,国外因泄漏造成发射失败的次数占总失败次数的10%以上。正因为密封失效对航天器是成败和生死攸关的重大问题,各航天国家都十分重视检漏技术,力图通过灵敏、可靠的检漏技术,在航天器研制的各阶段发现航天器的泄漏隐患,以提前采取故障排除措施。检漏的任务就是用适当的方法迅速判断航天器泄漏是否是主要矛盾;测定总漏率是否在允许的范围之内;选择合适的方法找出漏孔的确切位置,配合排除故障。

  目前航天器单个系统的总漏率测试有压力变化、氦质谱大气积累及氦质谱真空容器等技术[1~7],在这些技术和方法中,真空容器检漏技术具有很高的灵敏度,能够对很小漏率的产品进行泄漏检测,普遍应用在国内外航天器检漏中。目前真空容器法检漏大多研究灵敏度,而对检漏仪的连接方式[8] 、测试可信度分析较少,本文将在这两方面进行初步尝试。

1、检测原理

  一般真空容器法检漏系统由产品充气回收设备、真空容器、漏率标定设备、真空获得设备、氦质谱检漏仪等设备构成,如图1 所示。传统的真空检漏方法是先将航天器安装在真空容器中,将充气管路和航天器被检管路系统连接好,保证连接处的漏率小于被检系统漏率的百分之一,密封好真空容器,通过真空机组将真空容器抽至氦质谱检漏仪的工作真空度(一般优于10-2 Pa),用氦质谱检漏仪测量真空容器的氦本底漏率显示值I01。打开标准漏孔,测量真空容器中的氦稳定漏率显示值I1。关闭标准漏孔,用真空机组将真空容器抽至稳定的氦本底漏率显示值I02。通过充气加压设备将被检航天器充氦至规定的工作压力后,测量此时航天器的对应示漏气体稳定漏率显示值I2,然后打开真空容器,对航天器中的氦气进行回收或泄放,航天器的总漏率由下式决定:

航天器氦质谱真空容器检漏系统原理图

图1 航天器氦质谱真空容器检漏系统原理图

2、最小可检漏率、反应时间和测量不确定度

2.1、最小可检漏率、反应时间

  真空容器法具有较高的灵敏度,测试时间较短,检漏的可靠性较高。在真空容器法总漏率检测中,检漏仪的连接方式有下列四种方式,即:直接和真空容器相连,与主真空泵并行和真空容器相连,连接在前级泵和主真空泵之间,通过吸枪或其它取样装置从前级泵排气口取样连接。其中第四种方法因排气对测试环境有污染,在航天器总漏率测试中应用较困难,仅讨论前三种情况。原理示意图如图2 所示。

氦质谱真空容器检漏仪连接示意图

图2 氦质谱真空容器检漏仪连接示意图

5、结论

  通过本文的初步探讨,对于一般航天器应用大型真空容器进行总漏率检测,检漏仪连接在前级泵和主真空泵之间能够获得较好的最小可检漏率、较短的反应时间,该测试方法的标准合成不确定度小于10%。本文的分析仅是初步的结果,航天器真空容器总漏率检测仍然有许多问题需要深入研究,如测试流程、本底影响、真空系统等因素,随着研究的深入, 这种检漏方法的灵敏度和可靠性将更进一步提高。

参考文献

  [1] 喻新发,闫荣鑫.温度场对飞船压降检漏的影响与优化测试方法[J].航天器环境工程,2009,26(6),540- 545.
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  [4] QJ3089- 99 氦质谱正压检漏方法.
  [5] 闫荣鑫,刘平,冯琪,等. 压降检漏法的影响因素及改进措施[J].中国空间与科学技术,2006,(4):37.
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  [7] 丁勤,苏文,赵虎.“海洋一号”卫星的检漏技术[J].航天器环境工程,2002,19(1):9- 16.
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   [9] ESA,Node2 Development History.
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