十九世纪俄军大衣锡扣因严寒“不翼而飞”，二战中德军坦克在寒冷冬季机械故障频现，越战中湿热环境导致枪械失灵，海湾战争中沙尘环境使军事装备失效……据统计，美军武器装备由于环境因素造成的损坏占整个装备损失量50%以上，由此造成年经济损失高达数百亿美元。可见，环境对装备的影响巨大。

    随着探索大自然的脚步不断拓展，如极地、高原、沙漠等科考，深地、深海、深空等探测，人类所面临的环境也越来越复杂、越来越严酷，因此对产品的环境适应性和可靠性提出了更高的要求。

    对产品进行环境试验离不开环境模拟。环境模拟技术是在地面实验室中“复现（模拟）”各种自然环境和诱发环境的技术，在模拟环境下进行各类产品、设备，甚至人机组合的环境试验，以研究和考核装备、人机系统的环境适应性和环境可靠性，具有参数精准、过程可控、重复性好等优点，可大幅缩短研制周期、降低试验费用。由于模拟环境试验占到全部环境试验量95%以上，环境模拟就像“试金石”，是产品开发、装备研制、系统验证的重要支撑。

    环境模拟技术主要研究各种环境的模拟方法和理论。环境模拟设备的设计理论、制造方法和试验技术，是由多门学科和多项技术交叉融合而成、不断丰富发展的工程技术。随着人类探索领域的不断拓展，环境参数的范围不断扩大，新的环境效应和环境因素不断显现，新的学科与技术不断融入，环境模拟的范畴、任务、指标、方法等也要与时俱进。

    产品所处的环境多种多样，环境因素及其表征也各不相同，通常把这些环境分为自然环境和诱发环境两类：自然环境是指直接或间接影响人及产品状态的各种天然存在的环境因素，如地球大气的温度、湿度、压力等，太空的真空、冷黑、失重环境，海底的温度、压力、速度等环境；诱发环境是指受人的活动或装备工作的影响而形成的环境，如直升机下洗气流吹至地面形成的沙尘环境、高超音速飞行器气动热环境，旋转部件工作形成的振动环境等。自然环境与诱发环境往往耦合在一起，两者相互影响，模拟时尤其需关注诱发环境。

    环境因素对产品造成的基本影响称之为环境效应。对于同一个产品来说，同样的环境因素会产生相同的环境效应，这也是采用模拟环境进行试验的基本前提。因此环境模拟通常都采用等量直接模拟的方法，比如，大气温度、压力等环境，均采用这种模拟方法。但是，有一些环境因素难以在地面等量获得，甚至无法获得，此时就需要采用等效环境模拟的方法。

    模拟环境因素与实际环境因素虽然不等量，甚至不同，但对产品产生的环境效应相同或近似，就可以认为两者是等效的，可以用模拟环境对产品进行实验。太空失重环境在地球上是无法获得的，只能采取等效模拟的方式实现，根据试验对象的特征可以采用落管、落塔、抛物线飞行、中性水槽、悬吊或悬浮等多种方式实现，虽然方法不同，但对于试验对象来说是等效的。

    环境因素还可以根据对产品影响的快慢分为直接（快速）影响因素和间接（慢速）影响因素。其中直接影响因素对产品产生的环境效应是即时的、快速的，如大气压变化对力平衡的影响、温度变化导致的热胀冷缩；间接影响因素对产品产生的环境效应是间接的、积累的，如盐雾环境导致的锈蚀，日光照射导致的老化。模拟间接（慢速）影响因素时，如果模拟同样的强度，则需要持续足够的时长，才能获得可靠的结果，对于产品开发来说是难以接受的。为了缩短试验时间，通过增强模拟环境的应力水平，产品在较短的时间内可获得等效的环境效应，加速环境模拟就应运而生了。

    环境模拟技术应用广泛，小到元器件、原材料，大到整机，如汽车、飞机、火箭、飞船等，甚至多机联合体系的研究与验证，均需要环境模拟技术的支撑，以提高产品的环境适应性和可靠性。环境模拟技术虽然最早发端于军用需求，经过近百年的发展壮大，目前在民用领域也扮演着重要角色。一部手机在出厂前均需要经历高低温、湿热、振动、跌落等多种模拟环境的考验，还可以增强和改善我们的体验；在4D影院，我们感受到360°环绕视景、定位精准的声音、瀑布下扑面的水雾、脚下游走的动物时，其实这也有环境模拟的功劳。

    未来，环境模拟将向更加接近真实的整机、动态、人机系统的综合环境模拟和特殊环境模拟方向发展，突出的技术特征主要有：多物理场综合、人机系统融合、全过程高动态、虚实模拟结合等。

    （作者系北京航空航天大学教授）