今年1月22日，美国塞拉太空公司宣布，对充气式太空舱模块原型进行了首次极限测试，通过过度充气的方式，成功爆掉了充气太空舱。航天器测试为什么要这么“暴力”？除此之外，航天器还会遭遇哪些极限测试？

空间站的爆破压力测试

一直以来，美国塞拉太空公司以其开发的追梦者升力式再入返回飞行器而著名。但其实该公司还有另一项研发任务，那就是充气式太空舱。

这是一项美国宇航局资助下的商业空间站开发工作，目前由两个商业团队承担：一个是蓝色起源和塞拉太空公司，另一个是旅行者空间公司。

美国宇航局希望在2030年左右，国际空间站退役之后，充气式太空舱充当近地轨道空间站。

塞拉太空公司LIFE太空舱

塞拉太空公司开发的充气式太空舱将安装在名为“轨道礁石”的商业空间站上。该太空舱模块高6.2米、直径8.3米，能提供大约213.5平方米的居住面积。因为太空中的微重力允许乘客使用房间内空间的所有部分，所以太空舱能在平面投影面积更小的情况下，给航天员提供宽敞的居住面积。

由于充气太空舱直接关系航天员的生命安全，美国宇航局在2023年10月进一步明确了航天器载人评级标准的严格要求。为此塞拉太空公司一直在美国马歇尔空间中心进行爆破测试，评估充气太空舱的安全性。

这项测试被称为“极限爆破压力测试”，具体测试方法是，不断将空气注入充气太空舱，提高舱内的空气压强，直到其结构失效，像气球一样爆裂。

塞拉太空公司过去的所有测试都是在缩比模型上完成的，而这次试验是首次在全尺寸充气太空舱上进行。对于充气太空舱的强度，美国宇航局提出的要求是要能耐受4.14个大气压的内部压强。而在此次试验中，充气太空舱承受的大气压强达到了5.24个大气压，超过标准安全要求27%。

力学测试：航天器“金钟罩”

除了极限爆破压力测试外，其实航天器还要经受许多极限测试，其中最重要的要属力学测试。因为这是验证航天器能否进入宇宙空间的基础测试。

航天器起飞之后，在火箭发动机强劲的助推之下，穿越稠密的大气层，才能进入宇宙空间。

在此期间，航天器要经受火箭助推所产生的高过载，空气在航天器上产生的弯矩载荷，火箭发动机工作振动以及空气流动所产生的振动、噪声载荷，各种火工分离动作所产生的冲击载荷等等。

航天器能否经受住发射过程中的这些力学载荷，安全到达宇宙空间，需要起飞前通过一系列极限测试进行验证。通过试验，科研人员可以确定航天器结构的应力-应变特性、结构的刚度以及结构的承载能力。这类试验统称为静力试验。

按加载条件不同，力学试验分为使用载荷和破坏载荷试验。在进行使用载荷试验时，加载到设计确定的使用载荷，如果结构未破坏，弹性变形在允许范围内，该航天器结构即为合格结构。

进行破坏载荷试验时，加载到航天器结构破坏、失稳或弹性变形超出允许值为止，其目的是测定结构的极限承载能力。

按照载荷的类型不同，力学试验分为外压试验、内压试验、轴压试验、拉伸试验、弯曲试验和剪切试验等。在研制过程中，经常还需要进行联合加载试验。

例如，为了模拟飞行中的最大轴向过载设计情况，结构要进行轴压、弯曲和外压等联合加载试验，有时还要进行模拟温度环境条件下的联合加载试验。

热测试：航天器“护身符”

航天器进入太空之后，严酷的力学环境基本消失了，取而代之的是严酷的热环境。在地球轨道上，航天器面朝太阳的一面可以热到上百摄氏度，而背朝太阳的一面则可以冷到零下上百摄氏度。

因此，航天器必须具备强大的热控本领，才能在这样的极端环境下正常工作。为了考核航天器对于这项本领的“掌握程度”，科研人员需要对航天器进行极限热测试。

热试验是航天器研制中最为重要的试验之一，从航天器所用的电子元器件到航天器组件、设备，直至整个航天器，都需要进行不同种类的热试验。

多年来国内外经验表明，航天器在轨故障中的70%是由于在轨空间环境的影响诱发的，其中空间真空热环境诱发故障约占故障总数的50%。

按照不同的划分方式，航天器的热试验可以细分为多种试验，从装配级别来讲，可以分为系统级（整星级）、分系统级和组件级；按照试验项目，又可以分为热循环试验、热真空试验，热平衡试验等。

在大型热试验中，科学家会用抽取了空气的空间环境模拟器模拟宇宙空间的真空状态，用外热流模拟装置模拟太阳等星体产生的入射外热流或表面吸收的外热流。再把航天器放进为它量身打造的空间里，按预定模式工作，考察其能否正常工作，并记录在此状态下航天器热控系统的温度能参数。作为对航天器产品设计、性能和质量验证的一项重要手段，极限条件下的试验和测试贯穿航天器的整个研制过程。

其中，参与系统较多的大型试验更是具有技术难度大、风险性大、试验周期长、接口关系多、耗资大的特点。

随着航天事业的高速发展，未来航天器试验与测试不仅会项目更多、难度更大、参试方更多，周期也会更加紧张，再加上试验的不可逆性、试验费用等因素的影响，试验与测试工作的难度会更大。这也就意味着，通过测试的航天器会更安全，航天员的安全会进一步得到保障。

来源/《中国航天报·飞天科普周刊》

文/李晨