王 凡，陳光奇，王榮宗

(蘭州空間技術(shù)物理研究所，真空低溫技術(shù)與物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州730000)

1 引言

航天產(chǎn)品研制過(guò)程涉及到大量有密封性能要求的組件或部件、甚至整機(jī)產(chǎn)品，如載人航天器的密封艙、衛(wèi)星推進(jìn)劑燃料貯箱、星載一次電源用氫－鎳蓄電池、衛(wèi)星通信用天線、記時(shí)用頻標(biāo)光源以及其它各種星載儀器等。航天產(chǎn)品密封性能直接關(guān)系到航天器的發(fā)射成功率和在軌使用壽命。泄漏檢測(cè)貫穿航天產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、關(guān)鍵工藝點(diǎn)控制、部件性能、整星出場(chǎng)、發(fā)射及運(yùn)行全過(guò)程，是確保航天產(chǎn)品密封性能的重要手段。

航天領(lǐng)域使用的泄漏檢測(cè)方法多種多樣，從檢測(cè)精度上可以分為粗檢和細(xì)檢兩種，粗檢主要用于較大漏孔的檢測(cè)工作，適用于產(chǎn)品研制過(guò)程中的密封性能定性分析。細(xì)檢主要用于微小漏孔的測(cè)量和定位，適用于產(chǎn)品密封性能的定量檢測(cè)，主要介紹細(xì)檢漏方法。細(xì)檢從測(cè)量原理上可以分為氦質(zhì)譜檢漏法、壓力變化檢漏法和原工質(zhì)檢漏法。在檢測(cè)方法選擇上需要從被檢測(cè)對(duì)象的密封性能指標(biāo)要求、體積大小和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、檢測(cè)工作安全性、檢測(cè)成本等方面綜合考慮。目前，氦質(zhì)譜檢漏方法在航天產(chǎn)品的泄漏檢測(cè)工作中應(yīng)優(yōu)先選擇。

2 氦質(zhì)譜檢漏方法分析

2.1 原理及分類(lèi)

氦質(zhì)譜檢漏法是利用氦質(zhì)譜檢漏儀的氦分壓力測(cè)量原理，實(shí)現(xiàn)被檢件的氦泄漏量測(cè)量。當(dāng)被檢件密封面上存在漏孔時(shí)，示漏氣體氦氣及其它成分的氣體均會(huì)從漏孔泄出，泄漏出來(lái)的氣體進(jìn)入氦質(zhì)譜檢漏儀后，由于氦質(zhì)譜檢漏儀的選擇性識(shí)別能力，僅給出氣體中的氦氣分壓力信號(hào)值。在獲得氦氣信號(hào)值的基礎(chǔ)上，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)漏孔比對(duì)的方法就可以獲得漏孔對(duì)氦泄漏量［1］。

根據(jù)檢漏過(guò)程中的示漏氣體存貯位置與被檢件的關(guān)系不同，可以將氦質(zhì)譜檢漏法分為真空法、正壓法、真空壓力法和背壓法。

2.2 真空法

采用真空法檢漏時(shí)，需要利用輔助泵或檢漏儀對(duì)被檢產(chǎn)品內(nèi)部密封室抽真空，采用氦罩或噴吹的方法在被檢產(chǎn)品外表面施氦氣，當(dāng)被檢產(chǎn)品表面有漏孔時(shí)，氦氣就會(huì)通過(guò)漏孔進(jìn)入被檢產(chǎn)品內(nèi)部，再進(jìn)入氦質(zhì)譜檢漏儀，從而實(shí)現(xiàn)被檢產(chǎn)品泄漏量測(cè)量。按照施漏氣體方法的不同，又可以將真空法分為真空噴吹法和真空氦罩法［2］。其中真空噴吹法采用噴槍的方式向被檢產(chǎn)品外表面噴吹氦氣，可以實(shí)現(xiàn)漏孔的精確定位;真空氦罩法采用有一定密閉功能的氦罩將被檢產(chǎn)品全部罩起來(lái)，在罩內(nèi)充滿一定濃度的氦氣，可以實(shí)現(xiàn)被檢產(chǎn)品總漏率的測(cè)量。

真空法的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)靈敏度高，可以精確定位，能實(shí)現(xiàn)大容器或復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的檢漏。真空法的缺點(diǎn)是只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)大氣壓差的漏率檢測(cè)，不能準(zhǔn)確反映帶壓被檢產(chǎn)品的真實(shí)泄漏狀態(tài)。

真空法的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)主要有QJ3123－2000《氦質(zhì)譜真空檢漏方法》、GB/T 15823－2009《氦泄漏檢驗(yàn)》，主要應(yīng)用于真空密封性能要求，但不帶壓工作的產(chǎn)品，如空間活動(dòng)部件、液氫槽車(chē)、環(huán)境模擬設(shè)備等。

2.3 正壓法

采用正壓法檢漏時(shí)，需對(duì)被檢產(chǎn)品內(nèi)部密封室充入高于一個(gè)大氣壓力的氦氣，當(dāng)被檢產(chǎn)品表面有漏孔時(shí)，氦氣就會(huì)通孔漏孔進(jìn)入被檢外表面的周?chē)髿猸h(huán)境中，再采用吸槍的方式檢測(cè)被檢產(chǎn)品周?chē)髿猸h(huán)境中的氦氣濃度增量，從而實(shí)現(xiàn)被檢產(chǎn)品泄漏測(cè)量。按照收集氦氣方式的不同，又可以將正壓法分為正壓吸槍法和正壓累積法。其中正壓吸槍法采用檢漏儀吸槍對(duì)被檢產(chǎn)品外表面進(jìn)行掃描探查，可以實(shí)現(xiàn)漏孔的精確定位;正壓累積法采用有一定密閉功能的氦罩將被檢產(chǎn)品全部罩起來(lái)，采用檢漏儀吸槍測(cè)量一定時(shí)間段前后的氦罩內(nèi)氦氣濃度變化量，實(shí)現(xiàn)被檢產(chǎn)品總漏率的精確測(cè)量。

正壓法的優(yōu)點(diǎn)是不需要輔助的真空系統(tǒng)，可以精確定位，實(shí)現(xiàn)任何工作壓力下的檢測(cè)。正壓法的缺點(diǎn)是檢測(cè)靈敏度較低，檢測(cè)結(jié)果不確定度大，受測(cè)量環(huán)境條件影響大。

正壓法的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)主要有QJ3089－1999《氦質(zhì)譜正壓檢漏方法》、QJ2862－1996《壓力容器焊縫氦質(zhì)譜吸槍罩盒檢漏試驗(yàn)方法》，主要應(yīng)用于大容積高壓密閉容器產(chǎn)品的檢漏，如高壓氦氣瓶、艙門(mén)檢漏儀等。

2.4 真空壓力法

采用真空壓力法檢漏時(shí)，需要將被檢產(chǎn)品整體放入真空密封室內(nèi)，真空密封室與輔助抽空系統(tǒng)和檢漏儀相連，被檢產(chǎn)品的充氣接口通過(guò)連接管道引出真空密封室后，再與氦氣源相連，當(dāng)被檢產(chǎn)品表面有漏孔時(shí)，氦氣就會(huì)通過(guò)漏孔進(jìn)入真空密封室，再進(jìn)入氦質(zhì)譜檢漏儀，從而實(shí)現(xiàn)被檢產(chǎn)品總漏率的測(cè)量。

真空壓力法的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)靈敏度高，能實(shí)現(xiàn)任何工作壓力的漏率檢測(cè)，反映被檢件的真實(shí)泄漏狀態(tài)。真空壓力法的缺點(diǎn)是檢漏系統(tǒng)復(fù)雜，需要根據(jù)被檢產(chǎn)品的容積和形狀設(shè)計(jì)真空密封室。這里需要說(shuō)明在檢漏過(guò)程要求確保充氣管道接口無(wú)泄漏，或者采取特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將所有充氣管道連接接口放置在真空密封室外部。

真空壓力法的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 15823－2009《氦泄漏檢驗(yàn)》，主要應(yīng)用于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓力不是特別高的密封產(chǎn)品，如電磁閥、高壓充氣管道、推進(jìn)劑貯箱、天線、應(yīng)答機(jī)、整星產(chǎn)品等。

2.5 背壓法

采用背壓法檢漏時(shí)，首先將被檢產(chǎn)品置于高壓的氦氣室中，浸泡數(shù)小時(shí)或數(shù)天，如果被檢產(chǎn)品表面有漏孔，氦氣便通過(guò)漏孔壓入被檢產(chǎn)品內(nèi)部密封腔中，使內(nèi)部密封腔中氦分壓力上升。然后取出被檢產(chǎn)品，將表面的殘余氦氣吹除后再將被檢產(chǎn)品放入與檢漏儀相連的真空容器內(nèi)，被檢產(chǎn)品內(nèi)部密封腔內(nèi)的氦氣會(huì)通過(guò)漏孔泄漏到真空容器，再進(jìn)入氦質(zhì)譜檢漏儀，從而實(shí)現(xiàn)被檢產(chǎn)品總漏率測(cè)量。檢漏儀給出的漏率值為測(cè)量漏率，需要通過(guò)換算公式計(jì)算出被檢產(chǎn)品的等效標(biāo)準(zhǔn)漏率。

背壓法的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)靈敏度高，能實(shí)現(xiàn)小型密封容器產(chǎn)品的泄漏檢測(cè)，可以進(jìn)行批量化檢測(cè)。背壓法的缺點(diǎn)是不能進(jìn)行大型密封容器的檢漏，否則由于密封腔體容積太大，導(dǎo)致加壓時(shí)間太長(zhǎng)。此外，每個(gè)測(cè)量漏率都對(duì)應(yīng)兩個(gè)等效標(biāo)準(zhǔn)漏率，在細(xì)檢完成后還需要采用其它方法進(jìn)行粗檢，排除大漏的可能。

背壓法的檢漏標(biāo)準(zhǔn)主要有QJ3212－2005《氦質(zhì)譜背壓檢漏方法》、GJB360A－1996《電子及電氣元件試驗(yàn)方法方法112密封試驗(yàn)》，主要應(yīng)用于各種電子元器件產(chǎn)品檢漏。

3 壓力變化檢漏方法

3.1 原理及分類(lèi)

壓力變化法是利用被檢測(cè)產(chǎn)品內(nèi)部密閉容器壓力變化實(shí)現(xiàn)被檢產(chǎn)品總漏率測(cè)量。一般漏率計(jì)算公式如下［3］:

式中 Q為被檢測(cè)產(chǎn)品總漏率，Pa·m3/s;ΔP為測(cè)量時(shí)間間隔內(nèi)的密封容器壓力變化量，Pa;V為被測(cè)產(chǎn)品密閉容器容積，m3;Δt為測(cè)量時(shí)間間隔，s。

一般情況下，按照壓力增大或減小的狀態(tài)可以將壓力變化法分為靜態(tài)升壓法和靜態(tài)降壓法，如果測(cè)量間隔時(shí)間前的壓力小于測(cè)量間隔時(shí)間后的壓力，則稱(chēng)之為靜態(tài)升壓法，反之則稱(chēng)之為靜態(tài)降壓法。按照所選用壓力測(cè)量傳感器的不同將壓力變化法分為絕對(duì)壓力變化法、差壓力變化法和真空壓力變化法。

3.2 絕對(duì)壓力變化法

絕對(duì)壓力變化法是采用絕對(duì)壓力傳感器實(shí)現(xiàn)被檢測(cè)產(chǎn)品密閉容器內(nèi)的壓力測(cè)量，對(duì)于真空密閉容器來(lái)說(shuō)，停止抽空后通過(guò)測(cè)量某一間隔時(shí)間段內(nèi)壓力上升值，實(shí)現(xiàn)被測(cè)產(chǎn)品總漏率測(cè)量，對(duì)于帶壓容器來(lái)說(shuō)，通過(guò)測(cè)量充氣后某一間隔時(shí)間段內(nèi)壓力下降值，實(shí)現(xiàn)被測(cè)產(chǎn)品總漏率測(cè)量。

絕對(duì)壓力變化法的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量方法簡(jiǎn)單，操作方便。絕對(duì)壓力變化法的缺點(diǎn)是被測(cè)容器內(nèi)壓力受溫度影響大，當(dāng)需要精確測(cè)量漏率時(shí)，必須對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行溫度修正，但是對(duì)于不同結(jié)構(gòu)的被檢件，壓力隨溫度變化規(guī)律也不完全一樣，需要通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)來(lái)確定修正方法。

絕對(duì)壓力變化法一般應(yīng)用于真空系統(tǒng)研制過(guò)程的定量檢漏工作，某些特殊場(chǎng)合的在線泄漏檢測(cè)，例如神舟飛船艙門(mén)密封性能的在軌檢測(cè)工作就是采用絕對(duì)壓力變化法的原理實(shí)現(xiàn)的。

3.3 差壓力變化法

差壓力變化法是采用差壓傳感器實(shí)現(xiàn)被檢測(cè)產(chǎn)品密閉容器內(nèi)的壓力測(cè)量，差壓傳感器的兩端分別連接被測(cè)容器和基準(zhǔn)容器，其中基準(zhǔn)容器是一個(gè)相對(duì)被檢件來(lái)說(shuō)是無(wú)泄漏存在的密閉容器，測(cè)量前向被測(cè)容器和基準(zhǔn)容器同時(shí)充入相同壓力的氣體，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間間隔后，如果被測(cè)容器有漏孔存在，會(huì)導(dǎo)致被測(cè)容器的壓力發(fā)生變化，而基準(zhǔn)容器壓力不會(huì)發(fā)生變化，差壓傳感器會(huì)給出了這一微小壓力變化量，從而實(shí)現(xiàn)漏率測(cè)量［4］。

差壓力變化法的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)靈敏度高，可以克服溫度變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。差壓力變化法的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要專(zhuān)用的測(cè)量系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)。這里需要說(shuō)明，基準(zhǔn)密閉容器的容積材料需要與被測(cè)對(duì)象的容積應(yīng)盡量一致或接近，以減小測(cè)量不確定度。

差壓力變化法一般應(yīng)用于批量化小型產(chǎn)品的檢漏工作。

3.4 真空壓力變化法

真空壓力變化法是利用真空抽氣原理實(shí)現(xiàn)雙道密封結(jié)構(gòu)的泄漏檢測(cè)工作。雙道密封結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，其工作過(guò)程中，存在兩個(gè)泄漏通道，一個(gè)是被檢件外的大氣環(huán)境向密封腔體內(nèi)泄漏，一個(gè)是密封腔體向被檢件內(nèi)的真空環(huán)境泄漏，密封腔體內(nèi)壓力變化可以用公式(2)表示。通過(guò)求解公式(2)表示的微分方程可以獲得密封腔體內(nèi)的壓力變化與兩道密封圈漏率間的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)漏率測(cè)量［5］。

式中 Pt為密封腔體內(nèi)的瞬時(shí)壓力，Pa;t為測(cè)量時(shí)間，s;V為雙道密封腔體容積，m3;Q1為密封圈1的泄漏率，Pa·m3/s;Q2為密封圈 2 的泄漏率，Pa·m3/s。

圖2 雙道密封結(jié)構(gòu)泄漏示意圖

真空壓力變化法的優(yōu)點(diǎn)是能準(zhǔn)確分辨出雙道密封結(jié)構(gòu)的哪一個(gè)密封圈發(fā)生泄漏，從而為堵漏工作提供指導(dǎo)。真空壓力變化法的缺點(diǎn)是兩道密封圈的漏率相等時(shí)，密封腔體內(nèi)壓力不會(huì)發(fā)生變化，無(wú)法通過(guò)壓力變化法實(shí)現(xiàn)漏率測(cè)量。

真空壓力變化法適用于雙道密封結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期在線密封泄漏監(jiān)測(cè)，例如空間站主結(jié)構(gòu)靜密封泄漏監(jiān)測(cè)工作。

4 原工質(zhì)檢漏方法

4.1 原理及分類(lèi)

原工質(zhì)檢漏是利用被檢件內(nèi)部填充的工作介質(zhì)作為示漏氣體，實(shí)現(xiàn)被檢件漏率測(cè)量的一種方法。當(dāng)采用原工質(zhì)檢漏時(shí)，被檢件內(nèi)部在檢測(cè)前已經(jīng)填充了示漏氣體，不需要額外的充壓設(shè)備。如果被檢件有漏孔存在，被檢件內(nèi)部的示漏氣體就會(huì)通過(guò)漏孔泄漏到被檢件所處的周?chē)h(huán)境中，采用大氣取樣或真空收集的方式將泄漏出來(lái)的氣體引入到測(cè)量傳感器內(nèi)部即可實(shí)現(xiàn)被檢件泄漏檢測(cè)，經(jīng)常使用的傳感器是質(zhì)譜計(jì)。

原工質(zhì)檢漏一般適用于無(wú)法采用氦質(zhì)譜檢漏法或壓力變化檢漏法的場(chǎng)合，在航天產(chǎn)品領(lǐng)域，原工質(zhì)檢漏方法主要應(yīng)用于發(fā)射場(chǎng)衛(wèi)星推進(jìn)劑、火箭共底危險(xiǎn)氣體、鎳氫蓄電池和空間站艙外氣體泄漏檢測(cè)等場(chǎng)合，但是隨著航天工業(yè)的發(fā)展，原工質(zhì)檢漏方法的應(yīng)用也將越來(lái)越廣泛。

4.2 衛(wèi)星推進(jìn)劑泄漏檢測(cè)方法

衛(wèi)星推進(jìn)劑泄漏檢測(cè)主要采用質(zhì)譜計(jì)和化學(xué)檢測(cè)管聯(lián)用的方法對(duì)空氣中甲基肼、無(wú)水肼、四氧化二氮進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)系統(tǒng)示意圖如圖3所示［6］。測(cè)量時(shí)，利用取樣泵的抽氣能力將遠(yuǎn)端的氣體引到檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)，進(jìn)入檢測(cè)系統(tǒng)的氣體可以部分進(jìn)入化學(xué)檢測(cè)管實(shí)現(xiàn)大泄漏量定期測(cè)量，部分氣體進(jìn)入質(zhì)譜室，實(shí)現(xiàn)微小泄漏量連續(xù)測(cè)量。

此外，為了確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用TLD－1型有毒氣體檢測(cè)儀對(duì)衛(wèi)星周?chē)h(huán)境及星內(nèi)進(jìn)行定期檢測(cè)。該儀器采用化學(xué)紙帶和光比色相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)漏率的精確測(cè)量，檢測(cè)靈敏度可以達(dá)到20 ppb量級(jí)。

4.3 火箭共底危險(xiǎn)氣體泄漏檢測(cè)方法

火箭共底危險(xiǎn)氣體泄漏檢測(cè)采用β－FD型放射電離規(guī)(簡(jiǎn)稱(chēng)β規(guī))進(jìn)行總壓力測(cè)量和質(zhì)譜計(jì)進(jìn)行分壓力測(cè)量相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)［7］。檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，主要由氣體成分分析裝置、抽空裝置和壓力測(cè)量裝置組成。其中，壓力測(cè)量裝置用于共底內(nèi)壓力總壓力測(cè)量，核心部件是一臺(tái)只β規(guī)。氣體成分分析裝置用于對(duì)共底內(nèi)氫、氧濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其核心部件為一臺(tái)質(zhì)譜計(jì)。抽空裝置用于共底的抽空和氣體取樣。當(dāng)共底內(nèi)氫濃度和總壓力達(dá)到危險(xiǎn)值時(shí)系統(tǒng)給出報(bào)警信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)火箭低溫級(jí)共底的安全監(jiān)測(cè)。

火箭共底安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是火箭發(fā)射場(chǎng)工作的標(biāo)配儀器之一，已經(jīng)應(yīng)用于歷次發(fā)射場(chǎng)火箭共底危險(xiǎn)氣體泄漏檢測(cè)工作，準(zhǔn)確率達(dá)到100%。

4.4 鎳氫蓄電池泄漏檢測(cè)方法

圖3 衛(wèi)星推進(jìn)劑泄漏檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 共底安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

鎳氫蓄電池檢測(cè)采用類(lèi)似氦質(zhì)譜真空壓力法實(shí)現(xiàn)鎳氫蓄電池的泄漏量測(cè)量，測(cè)量傳感器為質(zhì)譜計(jì)。測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示，主要由質(zhì)譜分析部分和樣品檢測(cè)部分組成［8］。當(dāng)檢測(cè)時(shí)，鎳氫蓄電池放置在檢漏室內(nèi)，由于鎳氫蓄電池結(jié)構(gòu)為全密封金屬罐體結(jié)構(gòu)，罐內(nèi)裝有工作介質(zhì)和氫氣，在電池不充電情況下，電池內(nèi)氫氣壓力約為常壓(0.1 MPa)，當(dāng)電池充滿電時(shí)，電池內(nèi)氫氣壓力會(huì)上升至數(shù)個(gè)MPa，如果電池罐體有泄漏，充電前后氫氣泄漏量會(huì)明顯上升，通過(guò)比較充電前后質(zhì)譜室內(nèi)氫氣分壓力的變化量實(shí)現(xiàn)氫泄漏量測(cè)量。

圖5 鎳氫蓄電池檢漏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

鎳氫電池檢漏工作起初是為了開(kāi)展長(zhǎng)壽命通信衛(wèi)星研制工作的需要，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類(lèi)深空探測(cè)航天器的鎳氫蓄電池研制工作中，是評(píng)價(jià)鎳氫蓄電池在軌工作壽命的關(guān)鍵手段之一。

4.5 空間站艙外氣體泄漏檢測(cè)方法

空間站艙外氣體泄漏檢測(cè)方法主要是利用空間站在軌運(yùn)行的太空屬于高真空條件，當(dāng)艙體發(fā)生泄漏時(shí)，會(huì)導(dǎo)致漏孔周?chē)臻g的壓力會(huì)上升，從而實(shí)現(xiàn)漏率測(cè)量。目前成功應(yīng)用的方法主要有指向規(guī)法和質(zhì)譜計(jì)法，其中指向規(guī)法采用高靈敏度真空規(guī)實(shí)現(xiàn)空間站周?chē)鷼怏w總壓力的測(cè)量，通過(guò)比較測(cè)量點(diǎn)壓力與空間艙外周?chē)臻g壓力的差別實(shí)現(xiàn)漏率測(cè)量;采用質(zhì)譜計(jì)的分壓力測(cè)量原理，通過(guò)測(cè)量漏孔周?chē)撤N特質(zhì)氣體的分壓力變化情況實(shí)現(xiàn)泄漏量測(cè)量。

在指向規(guī)法檢漏方面，上個(gè)世紀(jì)70年代，NASA馬歇爾空間飛行中心(MSFC)開(kāi)展了用于空間環(huán)境下使用的指向規(guī)檢漏儀研制工作，所研制的檢漏儀原打算用于空間站和航天器的艙外在軌檢漏工作［9］。俄羅斯研制了一種雙探頭指向規(guī)式手持艙外檢漏儀，從1993年開(kāi)始在“和平號(hào)”空間站上進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)，1998年“和平號(hào)”空間站因撞擊發(fā)生泄漏時(shí)，該儀器用于在軌泄漏位置的探測(cè)。在質(zhì)譜計(jì)檢漏方面，NASA已研制成功一種名叫微量氣體分析儀(Trace Gas Analyzer—TGA)的儀器［10］，用于空間站宇航員出艙活動(dòng)過(guò)程中的泄漏檢測(cè)工作，能實(shí)現(xiàn)空間站艙外冷卻系統(tǒng)氦泄漏、推進(jìn)劑泄漏、空間站密封艙體泄漏等檢測(cè)工作。該儀器的關(guān)鍵部件是一臺(tái)微型四極質(zhì)譜計(jì)，能實(shí)現(xiàn)氨、肼、氮和氧等氣體的分壓力測(cè)量。目前，TGA檢漏儀被放置在空間站內(nèi)，處于待命狀態(tài)。

5 航天產(chǎn)品泄漏技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

隨著航天技術(shù)不斷發(fā)展，特別是我國(guó)載人航天的發(fā)展、空間站長(zhǎng)期工作要求、探月工程和深空探測(cè)等航天項(xiàng)目的陸續(xù)展開(kāi)，必然對(duì)航天器密封及檢漏技術(shù)提出新的要求。未來(lái)泄漏檢測(cè)技術(shù)應(yīng)著重開(kāi)展如下方面研究工作:

(1)不同密封結(jié)構(gòu)檢漏技術(shù)研究?？臻g站是供人長(zhǎng)期工作的航天器，為了保證空間站在軌長(zhǎng)期安全運(yùn)行確保航天員的安全，需要對(duì)空間站密封艙進(jìn)行泄漏檢測(cè)?？臻g站需要泄漏檢測(cè)的密封結(jié)構(gòu)包括:艙內(nèi)泄漏檢測(cè)、空間站雙道靜密封結(jié)構(gòu)檢測(cè)和艙外漏率檢測(cè)。

(2)極小漏率密封容器的漏率檢測(cè)。在探月工程和深空探測(cè)任務(wù)中，為了保證對(duì)星球表面“土壤”進(jìn)行成分分析的真實(shí)性，需要極小漏率的探測(cè)樣品封裝容器，漏率值要求達(dá)到10－13Pa·m3/s。為了滿足極小漏率檢測(cè)的要求，必須研究高靈敏度檢測(cè)裝置和檢測(cè)方法，對(duì)密封容器進(jìn)行評(píng)價(jià)。

(3)航天器密封器件在空間環(huán)境中原工質(zhì)泄漏檢測(cè)技術(shù)研究。通過(guò)地面試驗(yàn)和密封評(píng)價(jià)，確定航天器裝有液體介質(zhì)的密封容器在空間運(yùn)行過(guò)程中泄漏檢測(cè)和漏率測(cè)量，以保證航天器在軌運(yùn)行的長(zhǎng)壽命指標(biāo)要求。

(4)航天器密封設(shè)計(jì)采用的新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝的密封性能評(píng)價(jià)。需要重點(diǎn)開(kāi)展空間密封材料對(duì)氧、氮、空氣及氦等艙內(nèi)實(shí)際氣體的滲透率測(cè)試。不同密封結(jié)構(gòu)、不同工作狀態(tài)下的漏率比對(duì)測(cè)量。密封材料和密封結(jié)構(gòu)加速老化試驗(yàn)后的漏率性能變化測(cè)試等。

［1］肖祥正.泄漏檢測(cè)方法與應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010;50.

［2］吳孝儉，閆榮鑫.泄漏檢測(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005;98～102.

［3］達(dá)道安.真空設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］第三版.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2004;1272.

［4］喻新發(fā)，閆榮鑫，孟冬輝.差壓檢漏系統(tǒng)壓力與溫度響應(yīng)的計(jì)算分析［J］.航天器環(huán)境工程，2006(3);175～176.

［5］孫冬花，陳聯(lián)，丁棟，等.空間站雙道密封壓力變化檢漏技術(shù)研究［C］.中國(guó)真空學(xué)會(huì)質(zhì)譜分析和檢漏專(zhuān)業(yè)委員會(huì)第十六屆年會(huì)，2011;100～105.

［6］王榮宗，趙忠，孫天輝.便攜式推進(jìn)劑泄漏檢測(cè)儀［J］.導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù)，1993(3);55～62.

［7］陳光奇，王麗紅，孫冬花，等.火箭低溫貯箱的新型共底安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［J］.導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù)，2010(4);46～48.

［8］陳光奇，王榮宗，陳聯(lián)，等.鎳－氫蓄電池氫檢漏系統(tǒng)設(shè)計(jì)及特性.中國(guó)真空學(xué)會(huì)質(zhì)譜分析與檢漏專(zhuān)業(yè)委員會(huì)第十四屆年會(huì)，2007;20～24.

［9］K.W.Woodis，Leak detector for use in space environment，Marshall Space Flight Center，NASA TN D－5841，1970.

［10］Chutjian A，.Darrach M R，etc.A miniature Quadrupole Mass Spectrometer Array and GC For Space Flight:Astronaut EVA and Cabin－Air Monitoring.00ICES－202;1～10.