Qu'est-ce qu'une chambre à vide thermique et comment fonctionne-t-elle ?
Qu'est-ce qu'un Chambre à vide thermique (TVC) ?
Une chambre à vide thermique est un dispositif principalement utilisé pour simuler les conditions ambiantes de l'espace. Ses applications les plus courantes concernent les tests de performance des satellites, le contrôle des cycles thermiques et les essais de composants, de sous-systèmes et de satellites complets dans un environnement parfaitement contrôlé. Ces essais reproduisent fidèlement les conditions spatiales en contrôlant simultanément deux paramètres environnementaux : la pression et la température.
L'importance des essais de satellites
Les conditions de vide simulent l'environnement unique de l'espace ambiant où des échanges thermiques peuvent se produire : par rayonnement et par conduction.
Il est crucial de réaliser des tests avant lancement dans toutes les conditions susceptibles de nuire aux performances du satellite. Si les conditions de fonctionnement d'un satellite dans l'espace ne sont pas vérifiées au préalable, le risque le plus courant est le gel ou la surchauffe de ses composants.
Il est également important de rappeler que les satellites subissent des pressions inférieures à 10⁻⁶ millibars.
La plupart des dommages subis par les composants dans l'espace sont causés par le rayonnement solaire non filtré par l'atmosphère (AM0 – Masse d'air 0). Selon les conditions orbitales auxquelles le satellite doit évoluer, le taux d'échange thermique peut varier. Certains satellites orbitent pendant 90 minutes, atteignant des températures d'environ 150 °C en plein soleil et de -190 °C lors d'une éclipse solaire.
La conception est analysée thermiquement à l'aide de modèles thermiques, puis validée et testée. Huanyi a développé une série de chambres à vide thermique (CVT), en s'appuyant sur sa vaste expérience dans l'application de plusieurs technologies aux simulations d'essais environnementaux.
Comment un chambre à vide thermique travail?
1. Corps externe
L'enveloppe extérieure du volume d'essai (conteneur) est fabriquée en acier inoxydable de haute qualité. Sa conception est optimisée par analyse par éléments finis (FEM) afin de garantir l'épaisseur de l'acier et sa résistance à la différence de pression entre les environnements interne et externe. Les soudures et les finitions de surface sont optimisées pour minimiser les fuites et le dégazage, permettant ainsi d'atteindre des conditions de vide poussé.
2. Champ thermique
Le volume de test du TVC est un cylindre en acier inoxydable à régulation thermique, appelé enveloppe, qui transfère la chaleur au dispositif testé (DUT) par rayonnement depuis sa surface interne. Deux écrans thermiques en forme de disque entourent le cylindre à chaque extrémité afin d'obtenir un champ de température uniforme autour du DUT. L'écran est constitué de deux feuilles laminées séparées par un espace de quelques millimètres. Cet espace sert de canal au fluide caloporteur du système de production d'énergie thermique. Une peinture noire spéciale est appliquée sur cette surface, ce qui confère au revêtement une émissivité élevée (> 0,9) et une faible perte de masse résiduelle (
Selon l'application, différents types de systèmes de régulation de température peuvent être utilisés :
Plage de température : -70 °C à +150 °C. Refroidissement mécanique avec fluide intermédiaire.
Un fluide (généralement de l'huile thermique) circule dans une hotte à circuit fermé grâce à une pompe à accouplement magnétique, refroidie soit par un gaz réfrigérant, soit par chauffage électrique. L'un des avantages de ce système est son faible coût.
Plage de température : -180 °C à +150 °C. Azote gazeux sous pression.
Un ventilateur dédié fait circuler de l'azote gazeux sous pression dans la hotte, maintenant une densité propice aux échanges thermiques et assurant une température uniforme sur toute la surface rayonnante. Le chauffage est assuré par des résistances électriques, tandis que le refroidissement est obtenu par pulvérisation d'azote liquide dans le circuit. Ce système garantit un excellent contrôle de la température sur toute la plage de températures.
Plage de température : -196 °C à +150 °C. Azote liquide + irradiateur.
Dans ce cas, l'enceinte est remplie totalement ou partiellement d'azote liquide à une température de -90 K (entre -196 °C et -185 °C, selon la pression dans le circuit). Ceci crée un environnement cryogénique radiant autour de l'objet mesuré. La circulation de l'azote liquide dans l'enceinte peut être naturelle ou forcée par une pompe. Des éléments chauffants (lampes ou émetteurs infrarouges) placés dans une structure spéciale à l'intérieur du volume de test servent à chauffer ou à réguler la température de l'objet.
Plage de températures : -196 °C à +150 °C. Azote liquide + irradiateur
Dans ce cas, l'enceinte est remplie totalement ou partiellement d'azote liquide, atteignant une température de -90 K (entre -196 °C et -185 °C, selon la pression dans le circuit). Ceci crée un environnement cryogénique radiant autour de l'objet testé. La circulation de l'azote liquide dans l'enceinte peut être naturelle ou forcée par une pompe. Des éléments chauffants (lampes ou émetteurs infrarouges) placés dans une structure spéciale à l'intérieur du volume de test servent à chauffer ou à réguler la température de l'objet testé.