1.引言
本试验为了研制月球超真空环境模拟试验装置，营造与月球真空环境相似的地面试验环境，进行科学实验。
关键词：月球真空环境、真空装置、真空泵，真空箱
2.试验系统研制
2.1研制目标
研发超真空试验装置与真空箱，从而营造超真空环境物理模拟试验系统，去实现实现月表真空环境的可靠模拟。
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2.2真空箱设计
如图1所示，本真空箱设计分为箱盖、箱体、箱座和连接螺栓四部分。
箱体均有部分体积插入箱盖和箱座，并以密封圈进行密封。箱盖与箱座在箱体外以连接螺栓相固定，并在箱盖上侧、箱座下册用螺母相固定。共需6根螺栓，右图只画出了两根螺栓（分居两侧，白色长柱体）。
箱盖上还附有三个装置，分别是抽真空用的接口（黄色示意图）、动密封加载杆传递机构（橙色示意图）、真空计（绿色示意图）。
各部分主要制成材料为有机玻璃。
计算壁厚：
公式：
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式中 S——圆筒壁厚；
d——圆筒内径；
p——外压设计压力[MPa]；
L——圆筒长度，取500mm；
——材料温度为t时的弹性模量，取3000MPa；
——钢板的最大负公差附加量，取0.5mm；
——腐蚀裕度，取1mm；
——封头冲压时的拉伸减薄量，取0
注：壁厚由实际壁厚和附加量组成，为实际壁厚，为壁厚附加量。
取d=500mm，p=0.1MPa，计算出壁厚S=12.616mm。
2.3真空系统参数计算
2.3.1真空系统极限压力
真空室的极限真空，由下式决定：
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式中：PJ——真空室所能达到的极限真空[Pa]
Po——真空泵的极限真空[Pa]
Q0——空载时，长期抽气后真空室的气体负荷（包括漏气，材料表面出气等）[Pa*L/s]
Sp——真空室抽气孔附近泵的有效抽速[L/s]
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因此，当抽气时间足够长的时候，Q0趋向于一个稳定的数值，即为8.72*10^(-4)Pa*L/s
1、如下两调研所得参数表格可知，机械泵的极限真空为6*10^(-2)Pa,机械泵的有效抽速为1L/s，由极限真空公式可得，Pj=6*10^(-2)Pa+=6.00029*10^(-2)Pa
2、由调研可知，扩散泵的极限真空为5*10^(-5)Pa,扩散泵的有效抽速为300L/s，由极限真空公式可得，Pj=5*10^(-5)Pa+=5.29*10^(-5)Pa
综上可得，真空室的极限真空为5.29*10^(-5)Pa。
2.3.2真空系统工作压力
由调研可知，机械泵的工作压力范围为10^5Pa——10Pa,扩散泵的工作压力范围为40Pa——5*10^(-4)Pa,而真空室的工作压力由下式决定：
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须使真空室的工作压力满足真空泵的工作压力范围。
2.3.3真空系统的有效抽速
真空室的气体负荷Q[Pa*L/s],通过流导为U的管道被真空泵抽走。图中S为真空室抽气孔的有效抽速，而P、PP分别为管道入口和出口压力，SP则为真空泵的抽速。
依据流量定义有
Q=U(P-Pp)
泵口压力为Pp，泵的抽速为Sp，泵抽走的气体流量为
Q=SpPp
管道入口压力为P，有效抽速为S，通过入口的气流量为
Q=SP
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2.3.4真空系统抽气时间
1、粗真空机械泵抽气时间计算（10^5Pa——10Pa）
已知：真空室容积V=π**5（）=98.17（），机械泵的抽速为1L/s，欲求出从大气抽到10Pa所需要的抽气时间。
方法：通过计算抽气时间列线图求解,如图：
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在V线上查到V=98.17的一点A；在Sp上查到Sp=1L/s的一点B，A与B两点连成一直线与V/Sp线交于一点C，在P线上查到P=10Pa的一点D，C和D两点连成一直线，与t线交于一点E，E点即为所求的抽气时间，即t=1200s=20min。
2、高真空下抽气时间计算（10Pa——10^(-4)Pa）
实际上高真空的抽气时间，主要取决于材料出气，计算到达某一压力所需的时间由总出气量和泵的有效抽速的比值决定，一般可用查材料出气率曲线和绘图方法计算。
方法：
1、计算真空室在平衡压力为10^(-4)Pa时的允许出气量
Q=p*S=10^(-4)*300=3*10^(-2)Pa*L/s
2、计算真空室有机玻璃的出气率：
====3.82*10^(-4)[Pa*L/(s*)]
出气率为3.82*10^(-4)[Pa*L/(s*)]时的出气时间为0.86h，这一时间就是所求的抽气时间。
综上：所需要的抽气总时间约为（0.86h+20min）=71.6min
2.4关键技术点
1.快速接头、传动机构及构造接口处的密封处理技术
在动密封加载杆传动机构中，加入真空盖的部分以金属波纹管加以密封，真空盖上表面和加载杆之间以橡胶垫片密封。
2.获得极高真空的技术
采用机械泵与扩散泵结合的方式，使真空箱达到目的真空度。
3.扩散泵油污污染的问题解决
为了减少油污返流，在喷嘴和被抽系统之间加上合适的捕集装置。捕集装置主要有三种形式：①挡油帽 ②障板 ③阱
3.结论
采用“旋片式机械泵+分子涡轮泵”二级真空泵联动结构，通过一级泵和二级泵联合工作模式将试验箱内部的气体排出试验箱外营造真空环境；从而获得与月球相似的真空环境。本装置可达到10-6Torr（1.332*10-4Pa）的真空度，而真空室的极限真空为5.29*10^(-5)Pa。因此实验装置能满足研究要求。
参考文献：
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