ICS49.090 V36 中华人民共和国国家标准 GB/T32527—2016 空间材料科学实验装置 多功能高温炉设计规范 Designspecificationofspacematerialsscienceexperimentalfacility— Multifunctionalhightemperaturefurnace 2016-02-24发布 2016-09-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布目 次 前言 Ⅰ ………………………………………………………………………………………………………… 1 范围 1 ……………………………………………………………………………………………………… 2 规范性引用文件 1 ………………………………………………………………………………………… 3 术语和定义 1 ……………………………………………………………………………………………… 4 设计总则 2 ………………………………………………………………………………………………… 5 设计流程 2 ………………………………………………………………………………………………… 6 设计要求 3 ………………………………………………………………………………………………… 6.1 总体结构设计 3 ……………………………………………………………………………………… 6.2 运动机构设计 3 ……………………………………………………………………………………… 6.3 热控设计 3 …………………………………………………………………………………………… 6.4 真空设计 3 …………………………………………………………………………………………… 6.5 控制设计 3 …………………………………………………………………………………………… 6.6 遥操作设计 4 ………………………………………………………………………………………… 6.7 软件设计 4 …………………………………………………………………………………………… 6.8 人机工效学设计 4 …………………………………………………………………………………… 6.9 可靠性安全性设计 4 ………………………………………………………………………………… 6.10 设计验证 5 …………………………………………………………………………………………… 附录A(资料性附录) 多功能高温炉的组成和功能 6 …………………………………………………… 参考文献 7 ………………………………………………………………………………………………………GB/T32527—2016 前 言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准由全国空间科学及其应用标准化技术委员会(SAC/TC312)归口。 本标准起草单位:中国科学院上海硅酸盐研究所、中国科学院国家空间科学中心、兰州空间技术物 理研究所。 本标准主要起草人:温海琴、刘岩、艾飞、潘秀红、冯楚德、高国忠、汤美波、于强、张正军。 ⅠGB/T32527—2016 空间材料科学实验装置 多功能高温炉设计规范 1 范围 本标准规定了空间材料科学实验装置多功能高温炉(以下简称“多功能高温炉”)设计的总则、设计 流程以及总体结构设计、运动机构设计、热控设计、真空设计、控制设计、遥操作设计、软件设计、人机工 效学设计、可靠性安全性设计和设计验证的要求。 本标准适用于在飞船、空间实验室、空间站等各类空间飞行平台上使用的多功能高温炉的设计。在 卫星等其他飞行平台上的多功能高温炉的设计亦可参照本标准。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB150.3 压力容器 第3部分:设计 GB/T28878.1 空间科学实验转动部件规范 第1部分:设计总则 GJB151 军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求 GJB450 装备可靠性工作通用要求 GJB900 系统安全性通用大纲 GJB3590 航天系统电磁兼容性要求 GJB4009 航天员系统对飞船应用系统的技术要求 GJB6765 航天员系统对飞船工程设计的工效学要求与评价方法 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 多功能高温炉 multifunctionalhightemperaturefurnace 在空间微重力环境下进行400℃以上材料样品实验研究的,具有多温区、多温场模式的装置。 注:用于研究对象的材料用“材料样品”表示。多功能高温炉本身的结构材料、电学材料或热控材料等用“材料” 表示。 3.2 样品单元 sampleunit 由材料样品及承载、固定或封装材料样品的结构组成的单元。 3.3 样品仓 samplestorehouse 储存、固定样品单元的机械结构。 1GB/T32527—2016 4 设计总则 4.1 多功能高温炉设计的功能和性能指标应满足拟进行空间科学研究的材料样品实验需求,同时应满 足空间平台资源分配、环境约束条件及接口要求,应进行模块化、轻量化和低功耗的设计。 4.2 多功能高温炉设计应满足设备的可靠性、安全性、维修性、保障性、测试性、环境适应性(六性) 要求。 4.3 应优先选用具有成功空间应用经历的原材料和元器件,选用无成功空间应用经历的原材料和元器 件应经过充分验证。 4.4 宜选用已有成功空间应用经历的航天产品成熟技术和工艺。 4.5 有航天员参与时,应进行专门的人机工效学设计。 4.6 应按工程阶段进行设计评审和地面试验验证。 5 设计流程 多功能高温炉设计流程如图1所示。 图1 多功能高温炉设计流程图 注:多功能高温炉的组成和功能,参见附录A。 2GB/T32527—2016 6 设计要求 6.1 总体结构设计 总体结构设计应满足以下要求: a) 适应飞行平台总体布局要求,满足样品单元的固定、拆装、运动和更换需求; b) 样品单元和样品仓之间有固定和减震措施,在发射及回收过程中不应有影响实验的相对运动; c) 炉膛和发热体结构满足多温区、多温场模式要求,考虑发热体的布置、固定和接线端引出; d) 发热体及保温隔热结构进行热力耦合分析及热效率分析; e) 控制系统结构设计满足热设计和抗辐照的要求; f) 结构设计满足力学环境试验的要求。 6.2 运动机构设计 运动机构设计应满足以下要求: a) 具有自锁功能,限制在飞行平台发射及回收过程中发生相对运动; b) 保证进行实验的样品单元与炉膛同轴; c) 满足不同样品单元移动速度及稳定性的要求; d) 具有样品单元定位功能; e) 滑动摩擦轴应选固体润滑材料; f) 转动部件设计符合GB/T28878.1的要求。 6.3 热控设计 热控设计应满足以下要求: a) 根据功率、炉膛内温度范围和温场模式的要求,对发热体及保温隔热结构、散热通道、外壳温度 和控温点进行热分析和热设计,外壳温度不高于45℃; b) 每个温区配备至少一支温度传感器;采用冗余设计时,保证备份温度传感器与主控温度传感器 的测温一致性; c) 采用适当的保温隔热设计以减小辐射散热、降低传导散热; d) 对外表面(安装面除外)进行热控处理,使其辐射率ε≥0.85; e) 控制单元的热设计参见GJB/Z27的相关要求。 6.4 真空设计 真空设计需满足以下要求: a) 真空室设计应符合GB150.3的要求; b) 真空密封接口宜采用自紧式密封设计; c) 密封材料的选用应考虑耐高温、耐侵蚀性能要求,并且在高温真空环境下出气率低; d) 漏率应满足材料科学实验对真空度的需求。 6.5 控制设计 控制设计应满足以下要求: a) 具备控制温场的能力,满足材料样品实验需求; b) 具备控制运动机构的能力,满足材料样品实验需求; c) 数据采集、储存及处理满足实验需求; 3GB/T32527—2016 d) 具备接收指令、注入数据、下传数据的功能; e) 具备故障判断功能; f) 电磁兼容性(EMC)设计满足GJB151和GJB3590的要求。 6.6 遥操作设计 遥操作设计应考虑以下功能: a) 修正温度控制参数、机构运行控制参数及其他控制参数; b) 执行指定的操作,干预预定的实验流程; c) 处理空间实验过程中出现的故障; d) 与航天员进行天地之间的交互操作。 6.7 软件设计 软件设计应满足以下要求: a) 根据温场和运动机构的控制需求,进行软硬件功能分配,确定软件设计开发方案; b) 可灵活、方便的调整实验参数; c) 配备遥操作功能模块。 6.8 人机工效学设计 除满足GJB6765的相关要求外,人机工效学设计还应满足以下要求: a) 需更换或回收的单元及功能模块相对独立,方便操作; b) 在产品操作界面上给出明显操作标识; c) 按键、拔扭、抽拉等操作过程有防误操作措施; d) 温度较高的部位有警示标识和防护措施; e) 必要时,设计摄像机存放机构以满足航天员实时摄像之需; f) 通过航天员系统的评价与认可。 6.9 可靠性安全性设计 6.9.1 可靠性设计 可靠性设计除满足GJB450的要求外,还应满足以下要求: a) 可靠性设计与总体结构、运动机构、热控、真空、控制、遥操作及软件设计同步进行; b) 对运动部(组)件、发热体、腔体耐压及密封进行专项可靠性设计; c) 冗余设计以提高可靠性为目的,在满足功能和性能要求的前提下力求组成简单; d) 通过可靠性试验和评估确