CC BY
49References
1. Millimeter antenna range. Microwave systems News. 1980, 10 № 12.
2. Balabukha N., Teeth A., Solosin V., Fedorov S. Collimator Mack-5.Design and specifications. // Radio engineering and electronics, 2009, vol. 54, no. 5, p. 634.
3. Semenov K., Yamashkin V. Collimator Bench for MeasuringCharacteristics of Microwave antennas // VestnikBauman MSTU, 2009. Special Edition «Priborostroenie». C. 230-235.
4. Parshchikov А., Rozanov B., Sagatelov V., Tanygin A. Technique of validating and manufacturing technology of radio telescope antenna RT-7,5/250 Bauman MSTU//Izv. Universities-Radiophysics, 1973, 16, No 5, pp. 665-668.
5. Vechtomov V., Sedov A. Compact Polygon with Millimeter-wave Reflector Collimator // Antennas, 2005, № 10 (101).
6. Collimating millimeter-wave facility / Vechtomov V., Bay N., Mitrokhin V., Sedov A. // IV international scientific-technical conference «Physics and technical applications of wave processes», 3-9 October 2005, N.-Novgorod, Russia.
7. Vechtomov V. Millimeter wave range Collimator on the basis of partitioned mirror made of aluminium segments // Radioteknika, 2013, No. 11, pp. 94-100.
8. Vechtomov V., Goloubtsov M., Mozharov E. Mirror Collimator of millimeter-waveband // Vestnik Bauman MSTU, 2009. Special Edition «Priborostroenie». Р. 303-312.
9. MV330/MV350 Laser Radar // Nikonmet-rology.com: Nikon Metrology.2012. URL: http://nikonmetrology.com/en_EU/Products/Large-Volume-Applications/ Laser-Radar/MV330-MV350-Laser-Radar (accessed: 15.04.2012).
© BeHTOMOB B. A., 2015
УДК 665.939.57
АДАМАНТАН-ОЛИГОЦИАНУРАТНЫЕ СВЯЗУЮЩИЕ ДЛЯ РАЗМЕРОСТАБИЛЬНЫХ УГЛЕПЛАСТИКОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
И. А. Вихров*, В. Ф. Аристов, Д. А. Гуров
ООО «Научно-исследовательский институт космических и авиационных материалов» Российская Федерация, 152025, Ярославская область, г. Переславль-Залесский, пл. Менделеева, 2р
*E-mail: [email protected]
Рассмотрены критерии выбора материалов при создании размеростабильных конструкций КА, современные мировые достижения, а также разработки авторов.
Ключевые слова: углепластик, адамантан, олигоцианурат, рефлекторы антенн.
ADAMANTANE OLIGOCYANURATE RESINS FOR DIMENSIONALLY STABLECARBON COMPOSITE STRUCTURES USED IN SPACECRAFT
I. A. Vikhrov*, V. F. Aristov, D. A. Gurov
«Research institute of cosmic and aviation materials» Ltd 2p, Mendeleev Sq., Pereslavl-Zalessky, Yaroslavl region, 152025, Russian Federation
*E-mail: [email protected]
We consider criteria for selecting materials when creating dimensionally stable spacecraft design, the modern world achievements, and authors' developments.
Keywords: carbon composite, adamantane, oligocyanurate, antenna reflector.
При создании космических антенных комплексов нового поколения очень важно обеспечить прецизионную точность геометрии поверхности рефлектора и высокую размеростабильность как самого рефлектора, так и опорных конструкций. Эти характеристики необходимы для обеспечения высоких показателей чувствительности, разрешения и соотношения сигнал/ шум антенны.
Поэтому критически важно правильно подобрать материалы, из которых будут изготовлены рефлектор и опорные конструкции.
Этот материал должен быть достаточно лёгким и прочным для обеспечения вывода аппарата на орбиту и максимально жестким (иметь большой модуль упругости) с минимальными коэффициентом линейного термического расширения (КЛТР) и влаго-поглощения для сохранения размеростабильности. Из известных материалов совокупностью данных свойств обладают лишь бериллий и некоторые углепластики, однако работа с бериллием осложнена высокими ценой и токсичностью, а также низкой технологичностью обработки данного металла.
Решетнеескцие чтения. 2015
Сравнительные характеристики связующих для полимерных волокнистых композиционных материалов космического назначения
Связующее ЭНФБ EX-1515 НИИКАМ-РС «Адамантан»
КЛТР, ррт/°С 64 61 52 46
*Е, ГПа 4,1 4,0 4,3 4,5
**РВП, % 1,5 0,25 0,23 0,20
Примечание: *Е - модуль упругости при изгибе; ** РВП - равновесное влагопоглощение при относительной влажности 60 % и температуре 25 °С.
При выборе углепластика, ключевым является использование высокомодульных углеродных волокон (типа ТогауМ55_|/ Япония или Кулон-500/ Россия) и подходящего связующего.
В космосе на околоземном аппарате при перепадах температур от -160 до +160 оС, а также от воздействия радиации жёсткие материалы начинают образовывать микротрещины, увеличивающиеся с течением времени. Микротрещины снижают все основные характеристики антенны (чувствительность, разрешение, соотношение сигнал/ шум) и со временем приводят к деградации антенны и потере её работоспособности, что многократно снижает срок службы космического аппарата на орбите.
Для разработанных в середине прошлого века и используемых в настоящее время на российских космических аппаратах эпоксидных связующих соотношение жёсткость/ трещиностойкость давно достигло своего предела.
Поэтому использование углепластиков с эпоксидными связующими делает невозможным создание антенн нового поколения.
За рубежом (США и Европа) ещё с конца XX - начала XXI века для решения вышеуказанных проблем при изготовлении конструкций космических аппаратов успешно используют цианатэфирные связующие (например, НехР1у 954-3 (Нехсе1), EX-1515 (ТепСаге), ЬТМ 123 (Сугес)). Этот уникальный класс полимеров имеет соотношение жёсткость/ трещиностойкость более чем в 10 раз лучшее, чем у эпоксидов, совершив своего рода революцию в космическом материаловедении.
Более того, цианатэфирные связующие имеют примерно на порядок меньшее влагопоглощение, чем эпоксиды, что также значительно улучшает качество антенн, поскольку уходящие в космосе из объема углепластика молекулы воды оставляют за собой микропоры, чем ухудшают его размеростабильность и способствуют образованию микротрещин.
Эта тенденция к использованию цианатэфирных связующих при создании углепластиковых конструкций космических аппаратов подтверждается также тем, что данные материалы были выбраны для таких высокотехнологичных конструкций, как обшивка сотовых панелей суперлегковесного грузовика для доставки оборудования на «Хаббл» [1], каркас и несущие конструкции системы зеркал космического телескопа имени Джеймса Вебба [2], корпус частного орбитального самолета ЬупхМагк II [3].
С 2010 по 2014 гг в нашем институте были разработаны аналогичные по свойствам цианатэфирные
связующие (НИИКАМ-РС). В настоящее время нами получены экспериментальные образцы нового ада-мантан-олигоциануратного типа связующего, отличающегося по свойствам, наряду с совокупностью вышеуказанных преимуществ цианатэфирного связующего, ещё меньшими показателями влагопогло-щения и большей температурной стабильностью. Эта отличительная особенность данного типа связующего обоснована наличием в его мономерных звеньях фрагмента адамантана, повторяющего структурную решетку алмаза, что придает особую жесткость полимерным молекулам, температурную стойкость, а также гидрофобность вследствие малой полярности.
Выше приведены некоторые сравнительные характеристики связующих: эпоксидного ЭНФБ (производитель ВИАМ), цианатэфирного EX-1515 фирмы ТепСаге (США), разработанных в нашем институте однокомпонентного цианатэфирного связующего НИИКАМ-РС и экспериментального адамантан-олигоциануратного связующего (см. таблицу).
Как видно из таблицы, коэффициент линейного термического расширения (КЛТР) у адамантан-олигоциануратного связующего примерно на 25 % ниже, чем у эпоксидного связующего ЭНФБ или циа-натэфирного связующего EX-1515, и на 12 % ниже, чем у однокомпонентного цианатэфирного связующего НИИКАМ-РС.
По модулю упругости все связующие являются достаточно жёсткими материалами, что свойственно термореактивным конструкционным материалам, и незначительно отличаются друг от друга.
По показателям влагопоглощения эпоксидные связующие (в данном примере ЭНФБ) сильно проигрывают цианатэфирным EX-1515 и НИИКАМ-РС, в то же время адамантан-олигоциануратное связующее характеризуется ещё более низкими значениями.
Следует также отметить, что по причине повышенной термостабильности оказалось возможным подвергать отформованные углепластиковые изделия на основе адамантан-олигоциануратного связующего механической обработке (шлифовке и полировке). Это свойство может оказаться очень полезным с технологической точки зрения, поскольку позволяет при получении изделий с отклонениями в геометрии (небольшие повреждения оснастки, невозможность в некоторых случаях изготовления оснастки с заданной точностью) довести поверхность до требуемых характеристик.
Таким образом, более низкий КЛТР и меньшие показатели влагопоглощения адамантан-олигоци-ануратного связующего при сохранении высокой же-
сткости смогут обеспечить меньшие коробления конструкции в углепластиковых изделиях в условиях космического пространства, что в свою очередь позволит создавать космические антенные комплексы с более высокими техническими характеристиками, в том числе для работы в оптическом диапазоне. Поэтому разработка адамантан-олигоциануратного связующего является перспективной задачей современного материаловедения.
References
1. URL: http://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/ servicing/ SM4/main/SLIC_FS_HTML.html.
2. URL: http://www.hexcel.com/Solutions/Aerospace/ AJames-Webb-Telescope.
3. URL: http://www.compositesworld.com/articles /the-private-space-race.
© Вихров И. А., Аристов В. Ф., Гуров Д. А., 2015
УДК 678.686 + 678.643
НОВЫЕ КОНТАКТНЫЕ ПОЛИУРЕТАНОВЫЕ КЛЕИ ДЛЯ КА
С. Н. Гладких*, И. В. Ткаченко, А. И. Вялов
Открытое акционерное общество «Композит» Российская Федерация, 141070, Московская область, г. Королёв, ул. Пионерская, 4
E-mail: [email protected]
Для наклеивания опор для закрепления кабелей и межблочных трубопроводов на корпусе КА, изготовления спиральных антенн разработаны малогазящие контактные эластичные клеи с высокой липкостью и адгезионными характеристиками.
Ключевые слова: полиуретановые монтажные клеи, прочность при сдвиге, прочность при отрыве, тиксо-тропность, газовыделение.
NEW CONTACT POLYURETHANE ADHESIVES FOR SPACECRAFT
S. N. Gladkikh*, I. V. Tkachenko, A. I. Vyalov
Open Joint Stock Company "Kompozit" 4, Pionerskaya Str., Korolyov, Moscow Region, 141070, Russian Federation E-mail: [email protected]
Low outgassing contact flexible adhesives with high tackiness and adhesion are developed. The adhesives are suitable for production of helices and for adhering bases used for mounting cables and interblock pipelines on spacecraft frame.
Keywords: polyurethane assembly adhesive, shear strength, peel strength, thixotropy, outgassing.
Для контактного наклеивания опор (скоб и кронштейнов), предназначенных для закрепления кабелей БКС и межблочных трубопроводов системы коррекции на корпусе КА, разработан монтажный тиксо-тропный клей (МТК) с высокой липкостью, позволяющей устанавливать элементы крепежа из алюминиевого сплава, углепластиков после их фиксации в течение 5-10 минут, после чего происходит дальнейшее отверждение клея (без давления) при температуре (25 ± 10) °С с набором прочности на сдвиг не менее 5,0 МПа в течение суток и до 7-10 МПа в течение последующих 3-5 суток. Полученное клеевое соединений работоспособно в интервале температур ±150 °С. До сих пор в АО «ИСС» скобы и кронштейны устанавливаются на клей ВК-9, что требует обеспечения давления на каждом элементе крепежа с помощью грузов в течение 24 ч при температуре (20 ± 5) °С.
МТК опробован также в производстве спиральных антенн для приклеивания медного проводника по
спирали на стеклопластиковой трубе в соответствии с конструкторской документацией и технологическим процессом 107.01188.53454, разработанным цехом крупногабаритных антенн. В АО «ИСС» для этого более 20 лет используется клей БФ-4 с высоким газовыделением (ПМР = 11-12 %, ЛКВ = 0,21-0,27 %), требующий проведения дополнительной операции обезгаживания в вакууме при температуре 120 °С в течение 24 ч, после которой появляется отдельная волнистость ленты, связанная как с разницей температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛР) (16,8-10-6 1/К ленты ДПРНм1 и (6-10)-10-6 1/К стеклопластика СТЭФ-У), так и с выходом газообразных продуктов в процессе термовакуумного воздействия.
Прочностные характеристики клеев типа МТК представлены в табл. 1. Клей МТК обеспечивает прочность 4,9 кН/м на отслаивание клеевого соединения латунная сетка и алюминиевый сплав АМг6.
