CC BY
72
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2014. Технические науки
УДК 629.78.002.3
А. А. Петров, Р. В. Алякрецкий Научный руководитель - А. В. Гирн Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОРАДИАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МДО-ПОКРЫТИЙ НА АЛЮМИНИЕВЫХ И ТИТАНОВЫХ СПЛАВАХ С ЦЕЛЬЮ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИХ НА ЛА И КА
Приведен анализ применения процесса микродугового оксидирования для формирования терморегулирую-щих покрытий космических аппаратов.
Успешное функционирование космического аппарата (КА) обеспечивается поддержанием температуры его оборудования в заданных диапазонах. Для этого на КА используется система терморегулирования (СТР), которая собирает тепловую энергию, выделяемую бортовым оборудованием КА, и с помощью радиаторов сбрасывает избыточное тепло в окружающее космическое пространство, одновременно предотвращая перегрев КА солнечным излучением. Одним из наиболее важных элементов СТР являются терморегулирующие покрытия (ТРП), применяемые на излучающей поверхности радиаторов, а также на корпусах приборов и агрегатов, находящихся на внешней поверхности КА. ТРП характеризуются терморадиационными характеристиками.
Способность реального тела излучать энергию оценивается безразмерной величиной - степенью черноты е, которая определяется опытным путем и представляет собой отношение энергии, излучаемой реальным телом, к энергии абсолютно черного тела, отнесенных к одной и той же температуре.
Поглощательная способность As есть отношение поглощенной телом лучистой энергии к энергии приходящего лучистого потока.
В зависимости от отношения терморадиационных характеристик ТРП разделяются на 4 основных класса:
- истинный поглотитель - с большим As и большим е, при As/е ~ 1;
- истинный отражатель - с малым As и малым е, при As/е ~ 1;
- солнечный отражатель - с малым As и большим е, при As/е < 1;
- солнечный поглотитель - с большим As и малым е, при As/е > 1.
Основным типом ТРП являются покрытия класса «солнечный отражатель». Эти покрытия крайне необходимы для отражающих поверхностей спутников Земли, космических аппаратов, для интегрирующих сфер фотометрических приборов, для внешних поверхностей хранилищ легко испаряющихся криогенных жидкостей и др.
Как показал опыт прошедших лет, ряд КА не смогли выполнить намеченные программы в результате перегрева из-за повышения коэффициентов поглощения солнечного излучения ТРП. Поэтому, одной из важных задач космонавтики XXI века является создание терморегулирующих покрытий, обладающих стабильными терморадиационными характеристиками. Разработка таких покрытий позволит снизить до минимума отклонения от заданного теплового режима, уменьшить сбои в работе и отказы высоко-
чувствительной оптической и радиоэлектронной аппаратуры, что даст возможность увеличить срок активного существования КА.
В качестве ТРП покрытий на деталях из алюминиевых сплавов КА как правило используются стандартные анодные покрытия с органическими красителями черного цвета. Но они не обладают стабильными термооптическими свойствами после длительного воздействия окружающей среды космического пространства. Еще одним недостатком является то, что технологии анодирования не экологичны из-за использования сильных кислот и проблемами с их последующей утилизацией. Все это ставит задачу разработки новых, более экологичных и эффективных методов нанесения защитных покрытий на алюминиевые сплавы.
Микродуговое оксидирование - один из новых, перспективных и экологичных методов обработки поверхности. МДО-покрытия представляют собой керамику сложного состава. Покрытие при микродуговом оксидировании образуется за счет окисления поверхности металла под воздействием высоких температур и давлений создаваемых электрическими микроразрядами, при этом формируются оксидные и гидроксидные формы этого металла. Основными преимуществами процесса МДО являются: отсутствие необходимости специальной предварительной подготовки обрабатываемой поверхности; неагрессивность и экологичность электролитов; возможность получения толстых (до 300-400 мкм) покрытий без применения сложного и экологически опасного холодильного оборудования и достижение высокой твердости (до 2 000-2 500 кг/мм2) и износостойкости МДО-покрытий.
Применение МДО покрытий в качестве ТРП для КА было детально изучено Европейским космическим агентством и показало очень хорошие результаты. Также проводятся и другие исследования применимости технологии нанесения защитных покрытий методом МДО при изготовлении КА, например, датчики солнечного излучения, покрытые черным МДО покрытием.
Однако в России ограничиваются применением МДО покрытий в качестве ТРП, в виду того, что этот процесс слабо изучен и нет конкретных данных по терморадиационным характеристикам в зависимости от тех или иных факторов.
Целью нашей работы является исследование терморадиационных характеристик МДО покрытий и в дальнейшем будет определена зависимость АБ и е от условий протекания процесса.
© Петров А. А., Алякрецкий Р. В., 2014
