随着我国载人航天的不断发展,特别是我国载人航天工程“三步走”规划全面启动以来,载人航天器的安全防火问题越来越得到国家的重视。载人航天器中存在着火三要素中,几乎不可消除的两要素,即助燃剂(必不可少氧气)和潜在点火源(电子元器件),唯一可能消除的便是三要素中的另一要素：可燃物(非金属材料),而导线绝缘层便是一种大量存在于航天器内各个位置的非金属材料,而且导线的过载或短路,也是主要潜在点火源之一,因此对于微重力下导线绝缘层着火特性的研究至关重要。由于导线过载所需时间较长,地基微重力设施微重力时间太短,无法满足实验需要,而空间微重力设施虽然微重力时间较长,但成本太过昂贵,机会也太过难得。本文根据“功能模拟”原理,同时结合窄通道实验方法,在地面实验室系统地模拟了弱浮力环境下聚乙烯(PE)导线绝缘层的早期燃烧特性。本文中研究的导线绝缘层早期燃烧特性主要指小电流过载下(3.9A)绝缘层未出现明火时的烟气析出过程和温升特性以及大电流过载下绝缘层着火过程的火焰形态变化、着火延迟时间、以及最小点火能等绝缘层着火特性。在论文第二章,采用“低压功能模拟”方法,研究了低压下导线绝缘层烟气析出特性。结果表明,当压力低于10kPa时,即模拟浮力水平低于10-2g,压力大小为影响绝缘层烟气析出过程的主要因素,压力越低,反应速率越快,温升速率也越快,但由于氧气含量的降低,烟气析出量也会相应降低。低压环境(小于10kPa)下,由于浮力对流地削弱,绝缘层温度远高于常压常重力下,这说明弱浮力下热量积聚效应明显增强,失火概率会相应增加。在论文的第三章,主要研究了常压窄通道内导线绝缘层早期燃烧特性。结果表明,随着窄通道高度的增加,无论是水平窄通道还是竖直窄通道,燃烧持续时间和燃烧剧烈程度均快速增加。水平窄通道内,通道高度为10mmm时对浮力限制效果较好且受壁面冷熄效应影响较小。通道壁面材料对绝缘层烟气析出过程及其温升速率有着重要影响,无论是水平窄通道还是竖直窄通道,当窄通道高度较低时,弱冷熄材料(ABS)窄通道内绝缘层的温升速率和峰值温度均远大于强冷熄材料(硬铝)。水平弱冷熄材料窄通道内绝缘层烟气析出速率及通道内烟气浓度均远高于强冷熄材料通道内同一时刻,且弱冷熄材料通道内,烟气均匀包裹现象明显,更趋近于微重力下绝缘层碳烟析出过程。在论文的第四章,鉴于通道高度过窄时壁面的冷熄作用严重和低压模拟时氧气浓度过低对化学反应速率的削弱作用较大,难以模拟更低水平的弱浮力环境,因此,将窄通道方法和低压功能模拟相结合,进行低压窄通道实验。结果表明,绝缘层烟气析出过程中,低压各通道高度内绝缘层峰值温度及其峰值温升速率都远高于常压下相同通道高度,表明随弱浮力水平的升高,热量积聚明显增大,使其失火成为可能。水平低压窄通道有利于延缓绝缘层的破裂脱落,水平无窄通道时,绝缘层会快速的从线芯周围脱落,烟气析出过程不明显,且即使在10kPa纯氧环境下绝缘层依然无法着火。而水平窄通道内绝缘层脱落慢,烟气析出过程清晰,10kPa纯氧环境中,窄通道中绝缘层着火非常剧烈。在论文第五章,详细介绍了2016年4月发射的中国第一颗返回式科学卫星一“实践十号”卫星中有效载荷导线特性箱的研制过程、工作原理和预期目标。通过本文的研究,系统地模拟了弱浮力环境下导线绝缘层的早期燃烧特性,并对比了各种方法的模拟效果,可为定性地研究微重力下材料的着火性能提供一定的借鉴。