محفظه شبيه‌ساز محيط فضا و يا محفظه خلأ حرارتي محفظه‌اي است استوانه‌اي و يا مکعب شکل که در آن شرايط محيطي فضا شامل محيط حرارتي و محیط خلأ شبيه‌سازي مي‌شود. مهمترين کاربردهای اين محفظه‌ها در علوم و تکنولوژي فضايي و صنايع وابسته به آن، صنایع موشکی مخصوصا موشک‌های بالستیک و هر کاربرد دیگری است که هدف آن شبیه سازی شرایط خارج از جو زمین ‌باشد. با استفاده از اين دستگاه مي­توان كليه تست­هاي خلأ حرارتی(Thermal Vacuum Test) و سيكل خلأ حرارتي(Thermal Vacuum Cycling Test) را مطابق با استانداردهاي ECSS و  MIL انجام داد. در اين نوع محفظه‌ها، فشار معمولا از ^5-10×5 mbar کمتر بوده و محيط خلأ بايد يک محيط تميز و عاري از آلودگي باشد. علاوه بر آن جداره‌ها قابليت کنترل دما را داشته و مي‌توانند سيکل‌هاي مختلف حرارتي را در محدوده­هاي دماي زير صفر تا دماهاي بالاي 100 درجه سانتيگراد توليد نمايد. این محفظه ها در ابعاد بسیار کوچک تا ابعاد خیلی بزرگ (عمدتا بمنظور تست ماهواره‌ها و سفینه های خیلی بزرگ) ساخته می‌شوند.

شکل 1- محفظه شبیه ساز محیط فضا در ابعاد بزرگ

شکل 2- محفظه خلأ حرارتی سایز کوچک

بطور كلي محفظه­‌هاي شبيه­‌ساز محيط فضا داراي بخش­هاي زير هستند:

1. بدنه محفظه: بدنه محفظه از جنس استیل غیرمغناطیسی بوده(Stainless Steel) و کاهش فشار در این محفظه صورت می­گیرد. اين بدنه وظيفه نگهداري تجهيزات و مقاومت در برابر فشار هوا را دارد و مي ­تواند به­ صورت استوانه و يا مكعب مستطیل ساخته شود. در ساخت این بدنه باید کلیه الزامات مربوط به ساخت محفظه های خلأ و اتصالات دائمی خلأ مورد توجه قرار گیرد.

شکل 3- بدنه استیل محفظه خلأ حرارتی

• سيستم خلأ:

پمپ خلأ: اين سيستم معمولا شامل دو مجموعه پمپ ‌بصورت سري است كه مجموعه پمپ اول براي پشتیبانی و رسیدن به محدوده خلأ متوسط و مجموعه پمپ ديگر وظيفه توليد خلأ بالا را دارد. مجموعه پمپ اول معمولا از نوع پمپ­هاي روتاري و يا اسكرو است. براي دستيابي به خلأ بالا نيز مي­توان از پمپ­هاي ديفيوژن و يا توربومولكولار استفاده نمود. در سیستم‌های بزرگ برای بهبود فشار نهایی و افزایش سرعت رسیدن به خلأ بالا ممکن است از پمپ‌های کرایو نیز استفاده شود. امروزه در ساخت شبیه‌سازهای فضایی بمنظور افزایش تمیزی و جلوگیری از آلودگی تجهیزات گرانقیمت از پمپ‌های دیفیوژن کمتر استفاده می‌شود. ( منظور آشنایی بیشتر با نحوه انتخاب پمپ خلأ مناسب میتوانید مقالات محاسبه سرعت تخلیه مورد نیاز در سیستم‌های خلأ و چگونه می‌توان پمپ پشتیبان مناسب برای پمپ خود انتخاب کنیم را مطالعه نمایید.)

اندازه­‌گيري فشار: اين بخش شامل سر فشارسنج (سنجش­گر فشار) و دستگاه نمايشگر فشار است كه با استفاده از اين مجموعه مي­‌توان فشار داخل محفظه را اندازه‌­گيري نمود. با توجه به محدوده خلأ در شبیه سازها معمولا باید از ترکیب حداقل دو فشارسنج استفاده نمود و یا فشارسنج‌های رنج وسیع را بکار برد.(جهت آشنایی بیشتر با فشارسنج‌های خلأ مجموعه مقالات این سایت در مورد فشارسنج‌های خلأ را مطالعه نمایید)

اتصالات و شیرهای خلأ: شامل انواع اتصالات استاندارد خلأ و شیرهای خلأ است. این اتصالات بسته به محدوده فشار و سایر ویژگی‌های شبیه ساز می‌تواند از خانواده ISO-K، ISO-KF، ISO-F و یا CF باشد. جهت آشنایی با شیرهای خلأ نیز می‌توانید مجموعه مقالات این سایت در مورد انواع شیرهای خلأ را مطالعه نمایید.

كانكتورها(فيدتروها، Feedthroughs): رابط­‌هاي الكتريكي، رابط های انتقال سیال و رابط های مكانيكي و سایر رابط‌های خاص كه به كمك آنها مي­‌توان با حفظ شرایط خلأ ارتباطات لازم را با داخل محفظه برقرار نمود. انواع رابط‌های خلأ را در شکل-4 ملاحظه می‌کنید.

شکل 4- انواع رابط‌های خلأ

• سيستم كنترل دما:

صفحه کف حرارتي (TBP، Thermal Baseplate): صفحه‌­اي است معمولا از جنس آلومينيوم(و یا استیل) كه مي­‌توان دماي آن­ را كنترل نمود. بر روي اين صفحه امكان قرار دادن تجهيزات به کمک ماتریسی از سوراخ­های رزوه شده بمنظور انجام تست­هاي حرارتي وجود دارد.

جداره‌های حرارتی(Thermal Shroud): جداره‌های حرارتي سطوح مسی(و یا استیل) است كه در اطراف صفحه کف حرارتي قرارگرفته و مي‌­توان دماي آن­را كنترل نمود. گرمایش به کمک المنت­های حرارتی، لامپ‌های تابشی و یا سیال گرم، و سرمایش ب­وسیله سیال سرد انجام می­گیرد. وظيفه اين سطوح شبیه‌­سازی محيط حرارتي فضا از طریق تابش در اطراف نمونه تست است و به همين دليل معمولا رنگ سطوح داخلی آن سياه­رنگ و سطح خارجی آن (مجاور به محفظه) براق است.

حسگر دما: وظيفه اين بخش اندازه‌­گيري دما است. در اين نوع محفظه­‌ها معمولا از حسگرهاي مقاومتي، ترموکوپلی يا ترانزيستوري استفاده مي­‌شود. حسگر دما باید علاوه بر عملکرد دقیق در محدوده دمایی محفظه، تحمل شرایط خلأ را نیز دارا باشند.

سيستم گرمايش: سيستم گرمايش عمدتا شامل هيترهاي الکتریکی مخصوص خلأ است كه وظيفه گرم نمودن صفحه کف حرارتي و يا جداره‌های حرارتي را دارد. ب­جاي هيترهاي الکتریکی مي­توان از لوله­‌هاي سیال گرم نيز استفاده نمود. در برخی از محفظه‌­ها از لامپ­های IR و یا لامپ­های شبیه­‌ساز خورشید نیز به­‌منظور شبیه­‌سازی کامل­تر محیط حرارتی فضا استفاده می­شود.

سيستم سرمايش: اين سيستم شامل لوله­‌هاي سيال سرد و ساير تجهيزات آن است كه با كمك آن­ها دماي مجموعه پايين آورده مي­‌شود. سيستم سرمايش يا بصورت سيكل باز بوده و يا بصورت سيكل بسته طراحي مي­شود که هر کدام مزایا و معایب خود را دارد.

شکل 5- جداره و صفحه کف حرارتی در یک محفظه خلأ حرارتی

• تابلو اتوماسیون و فرمان

در سیستم­های صنعتی به دلیل بالا رفتن تعداد فرمان­ها احتمال بروز خطا بالا می­رود. بنابراین از سیستم­های مانند میکروکنترلرهای صنعتی یا کامپیوترهای صنعتی(PLC) استفاده می­شود تا فرآیند بصورت اتوماتیک انجام شده و احتمال خطای کاربر کاهش یابد. علاوه بر این مورد، کنترل درست و دقیق دمای صفحات دمایی تنها با استفاده از کنترلر های دمایی با امکان کنترل PID امکانپذیر است و به همین دلیل سیستم‌های شبیه ساز حتما به یک و یا دو کنترلر دمایی مناسب نیازمند هستند.

شرکت پایاصنعت خلأ با تجربه بالا در حوزه انواع سیستم‌های کاربردی خلأ آماده ارائه انواع خدمات تخصصی شامل طراحی، ساخت، نصب و راه‌اندازی، سرویس و تعمیرات، و بهینه سازی انواع شبیه‌سازهای محیط فضا است.