Thử nghiệm và huấn luyện trên mặt đất không thể tách rời công nghệ mô phỏng, thiết bị mô phỏng. Để hiểu được công nghệ mô phỏng và thiết bị mô phỏng, điều đầu tiên cần làm là nhận ra môi trường không gian có người lái.

(1) Môi trường chân không và mô phỏng

Trên độ cao quỹ đạo 500 km của tàu vũ trụ chở người, độ chân không không gian khoảng 10 - 6 Pa; Ở độ cao quỹ đạo 1.000 km, độ chân không không gian là khoảng 10 - 8 Pa.

Khi tiến hành các thử nghiệm mô phỏng nhiệt môi trường không gian của tàu vũ trụ và bộ đồ vũ trụ ngoài khoang (chủ yếu là thử nghiệm chân không nhiệt và thử nghiệm cân bằng nhiệt), mối quan tâm chủ yếu là ảnh hưởng của môi trường chân không đối với các đặc tính nhiệt của vật thử. Khi độ chân không đạt trên 10-2 Pa, truyền nhiệt bức xạ đã trở thành hình thức truyền nhiệt chính, và hiệu ứng đối lưu và truyền nhiệt có thể bị bỏ qua. Do đó, độ chân không mô phỏng của thiết bị mô phỏng không gian đạt thang đo 10-3 Pa, đã có thể mô phỏng tương đối chân thực hiệu ứng trao đổi nhiệt của môi trường chân không trên quỹ đạo bay của tàu vũ trụ, không cần phải theo đuổi độ chân không cao hơn. Chỉ một số thử nghiệm đặc biệt, chẳng hạn như ma sát khô chân không và thử nghiệm hàn lạnh, v.v., yêu cầu thiết bị thử nghiệm cung cấp độ chân không cao hơn.

(2) Môi trường chiếu xạ mặt trời và mô phỏng

Mặt trời đang phát ra một lượng năng lượng khổng lồ vào không gian vũ trụ mọi lúc, và bước sóng của ánh sáng mặt trời bao phủ một khu vực rộng từ 10-14 mét (tia gamma) đến 104 mét (sóng vô tuyến), với các bước sóng khác nhau của ánh sáng mặt trời và năng lượng phát ra khác nhau. Ánh sáng nhìn thấy phát ra nhiều năng lượng nhất, với năng lượng bức xạ từ ánh sáng nhìn thấy và hồng ngoại chiếm hơn 90% tổng năng lượng bức xạ của mặt trời.

Trong các chuyến bay quỹ đạo, tàu vũ trụ và bộ đồ ngoài khoang chủ yếu nhận được ba phần năng lượng bức xạ: năng lượng từ ánh sáng khả kiến và hồng ngoại của mặt trời, năng lượng Trái đất phản xạ bức xạ mặt trời và năng lượng bức xạ nhiệt của khí quyển Trái đất. Những năng lượng này được hấp thụ bởi tàu vũ trụ và bộ đồ ngoài khoang ảnh hưởng đến nhiệt độ và sự phân bố của nó, và kích thước của năng lượng hấp thụ phụ thuộc vào hình dạng cấu trúc, đặc điểm vật liệu bề mặt và quỹ đạo bay của nó. Tia cực tím có bước sóng nhỏ hơn 300 nanomet, năng lượng bức xạ, mặc dù chỉ chiếm một phần rất nhỏ trong tổng năng lượng bức xạ của mặt trời, sẽ làm cho tính chất quang học của bề mặt vật liệu thay đổi đáng kể. Hiệu ứng bức xạ cực tím chủ yếu được thể hiện dưới dạng hiệu ứng quang hóa và hiệu ứng quang lượng tử.

Các thử nghiệm mô phỏng bức xạ mặt trời có thể mô phỏng hiệu ứng nhiệt phổ mặt trời và hiệu ứng quang hóa phổ mặt trời do môi trường bức xạ mặt trời tạo ra đối với tàu vũ trụ và bộ quần áo ngoài khoang. Nếu hiệu ứng nhiệt chỉ được mô phỏng, nó được gọi là mô phỏng dòng nhiệt ngoài không gian. Có hai cách để mô phỏng dòng nhiệt bên ngoài không gian, một là mô phỏng dòng chảy tới, còn được gọi là mô phỏng mặt trời. Một loại khác là phương pháp mô phỏng dòng nhiệt hấp thụ, còn được gọi là mô phỏng hồng ngoại. Hình dạng tổng thể và hình dạng vật liệu bề mặt phức tạp của thử nghiệm, thích hợp để áp dụng phương pháp mô phỏng mặt trời; Ngoại hình thường xuyên, vật liệu bề mặt có hình dạng thử nghiệm duy nhất, sau đó phương pháp mô phỏng hồng ngoại có thể được áp dụng. Nếu cần phải mô phỏng các hiệu ứng quang hóa của môi trường chiếu xạ cực tím, nó có thể được thực hiện bằng cách sử dụng mô phỏng chiếu xạ cực tím.

(3) Không gian lạnh và môi trường tối và mô phỏng

Nhiệt độ tương đương của môi trường tối lạnh trong không gian vũ trụ là khoảng 3K và độ hấp thụ nhiệt là 1, có thể được coi là một vật thể đen lý tưởng không có bức xạ nhiệt và phản xạ nhiệt. Khi không có bức xạ mặt trời, không gian vũ trụ là một không gian hoàn toàn "lạnh" và "đen". Trong môi trường tối lạnh này, tất cả năng lượng nhiệt phát ra từ một vật thể được hấp thụ hoàn toàn và do đó còn được gọi là môi trường chìm nhiệt. Môi trường đen lạnh có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất nhiệt của tàu vũ trụ và bộ quần áo không gian ngoài khoang. Việc phát triển tàu vũ trụ và bộ quần áo không gian ngoài khoang phải được thực hiện đầy đủ trong môi trường đen lạnh mô phỏng để kiểm tra chân không nhiệt và cân bằng nhiệt để xác minh xem thiết kế nhiệt và hiệu suất nhiệt của nó có đáp ứng các yêu cầu hay không.

Để mô phỏng môi trường đen mát trong không gian, các thành viên làm bằng nhôm, đồng hoặc thép không gỉ thường được sử dụng, bề mặt bên trong của nó được phủ một lớp sơn đen đặc biệt với độ hấp thụ cao và nitơ lỏng được đưa vào bên trong thành viên, một thiết bị được gọi là trầm nhiệt. Hiện nay, tất cả các quốc gia hàng không vũ trụ trên thế giới đều áp dụng loại chìm nhiệt này với nitơ lỏng làm nguồn lạnh để mô phỏng môi trường đen lạnh không gian, bởi vì tính toán lý thuyết phân tích nhiệt và phân tích dữ liệu thử nghiệm cho thấy, sử dụng nhiệt độ nitơ lỏng 77K và độ hấp thụ nhiệt trên 0,9 để mô phỏng môi trường đen lạnh, lỗi mô phỏng chỉ khoảng 1%, hoàn toàn có thể đáp ứng yêu cầu thử nghiệm mô phỏng môi trường đen lạnh. Ngoài ra, việc theo đuổi nhiệt độ thấp hơn là không cần thiết và sẽ làm tăng đáng kể độ khó kỹ thuật và đầu tư vào thiết bị mô phỏng.