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低軌衛星溫濕度環境可靠度試驗規範與測試條件總覽

本文件詳盡介紹低軌道衛星(LEO)於設計與任務階段中所面臨的溫濕度環境挑戰,並根據 MIL、ECSS、NASA、IEC 等國際標準,規劃高溫、低溫、溫度循環、濕熱與熱衝擊等關鍵環境可靠度試驗條件與評估重點,協助業界驗證衛星在極端溫濕條件下之功能穩定性與材料耐久性。

低軌衛星測試規範

1. 試驗目的與技術重要性

低軌道衛星(LEO)在近地軌道運行,長期暴露於劇烈的熱循環與地面濕度環境之中,溫濕度環境試驗的目的是模擬整個產品生命週期中的熱/濕應力條件,以評估衛星系統在以下方面的可靠度與穩定性:

  • 設計裕度驗證:確保元件與結構可承受極端操作溫度範圍外的熱應力。
  • 潛在缺陷揭露:暴露焊點疲勞、材料界面剝離、封裝脆弱等弱點。
  • 材料與結構行為驗證:特別是熱膨脹不匹配導致的微裂縫或塗層剝落。
  • 功能穩定性確認:確保通訊、姿控、電力等系統於極端條件下仍維持性能。
  • 壽命預估支撐:透過加速試驗模型預測衛星在軌任務期間的可靠性變化。

2. 國際適用試驗規範與依據

以下為目前國際衛星與高可靠電子設備常用之環境測試規範,特別針對溫濕度環境模擬:

標準代號 名稱 重點內容
MIL-STD-810H 美軍環境工程與測試標準 Method 501.7(高溫)、502.7(低溫)、507.6(濕度)、504.2(流體污染)
ECSS-E-ST-10-03C ESA太空環境測試標準 熱循環、熱真空、濕度模擬、加速壽命試驗設計基準
NASA-STD-7001 NASA潔淨與污染控制標準 包含地面裝配與測試階段對環境控制的要求(含溫濕度)
GB/T 2423 / IEC 60068 系列 電子產品環境測試國家/國際標準 適用於次系統或商用級別模組進行初階篩選

A. 高溫試驗(High Temperature Test)

項目 測試條件
測試目的 驗證熱源積聚與太陽曝曬下的材料與系統功能穩定性
試驗溫度 +70°C ~ +120°C(視元件規格、軌道熱設計設定)
升溫速率 1°C/min ~ 10°C/min
駐留時間 每階段 2 ~ 24 小時,視熱平衡所需時間決定
評估重點 元件功能、變形、膠黏劑退化、電氣參數漂移

B. 低溫試驗(Low Temperature Test)

項目 測試條件
測試目的 評估陰影區與深空暴露時的材料脆化與電氣穩定性
試驗溫度 -50°C ~ -80°C(視任務要求最小可至 -150°C)
降溫速率 1°C/min ~ 10°C/min
駐留時間 2 ~ 24 小時(確保熱平衡)
評估重點 材料脆化、結構應變、潤滑劑冷縮與功能異常

C. 溫度循環試驗(Thermal / Thermal Vacuum Cycling Test)

項目 測試條件
測試目的 模擬太空日夜溫差循環,驗證熱疲勞壽命與焊接可靠度
溫度範圍 一般設定為 −40°C ~ +80°C(預期極值外再增加設計裕度)
實際太空參考值 陽照區:+100°C ~ +120°C,陰影區:−100°C ~ −150°C
升降溫速率 1°C/min ~ 10°C/min
循環次數 鑑定試驗:200、500次;驗收試驗:1020次;壽命模擬 >1000 次
駐留時間 每極端溫度 15min ~ 1hr
評估重點 多點溫度監控、功能測試、焊點/連接器電阻、材料剝離與疲勞

D. 濕熱試驗(Humidity Test)

項目 測試條件
測試目的 模擬儲存/組裝/發射前的高濕地面環境,避免腐蝕與霉變
測試模式 恆定與交變兩種方式
恆定條件 40°C 或 60°C,90/95%R.H.,2496小時
交變條件 25°C、55°C/90~95% RH,2~10個循環
評估重點 絕緣電阻、表面腐蝕、光學模糊、電氣功能異常、黴菌成長

E. 熱衝擊試驗(Thermal Shock Test)

項目 測試條件
測試目的 評估對極快速溫差變化的抵抗力,模擬發射或瞬變熱源
測試方式 快速從 −55°C 切換至 +85°C 或更極端條件
切換時間 數秒 ~ 5 分鐘內完成
駐留時間 每溫度極值 10 ~ 30 分鐘
循環次數 10~200 次(視組件臨界性與設計安全係數)
評估重點 焊點裂紋、陶瓷封裝破損、熱膨脹界面分層等現象

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