Экспериментальное определение термического сопротивления образцов экранно-вакуумной изоляции Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 629.78.048.7

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕРМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ОБРАЗЦОВ ЭКРАННО-ВАКУУМНОЙ ИЗОЛЯЦИИ

Ф. В. Танасиенко, А. А. Рудько, В. В. Басынин

ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Россия, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

Представлено описание методики проведения испытаний по определению термического сопротивления образцов экранно-вакуумной изоляции (ЭВТИ).

Ключевые слова: система обеспечения теплового режима, экранно-вакуумная теплоизоляция.

EXPERIMENTAL DEFINITION OF THERMAL RESISTANCE OF MULTI LAYER

INSULATION SAMPLES

F. V. Tanasienko, A. A. Rud'ko, V. V. Basynin

JSC "Academician M. F. Reshetnev "Information Satellite Systems" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russia

The description of a technique to carry out tests by determining thermal resistance of Multi Layer Insulation (MLI) samples is presented.

Keywords: thermal control system, screen-vacuum thermal insulation.

Экранно-вакуумная теплоизоляция является одним из наиболее распространенных и надежных средств пассивного терморегулирования в системах обеспечения теплового режима КА. ЭВТИ представляет собой теплозащиту на основе многослойного экранирования внешней поверхности объекта. Слой ЭВТИ состоит из двух экранов, между которыми находится прокладка. Применение ЭВТИ обеспечивает возможность существенно снизить интенсивность теплообмена элементов конструкции и оборудования космического аппарата с окружающей средой, то есть уменьшить (по абсолютной величине) тепловые потоки, поступающие к элементам конструкции и оборудованию от Солнца, Земли и излучаемые наружной поверхностью аппарата в космическое пространство. Параметрами, определяющими эффективность ЭВТИ, является ее термическое сопротивление (ЯЭвтИ).

Для определения ЯЭВТИ изготавливаются сборки теплоизоляции в виде квадратного мата. Все образцы

теплоизоляции имеют перфорацию экранов отверстиями диаметром 2 мм с шагом 10 мм для обезгажи-вания в вакуумной камере.

Испытательное оборудование приведено в табл. 1.

Монтажная схема испытаний показана на рис. 1.

Схема крепления образцов ЭВТИ и термометров сопротивления Т1, Т2 и Т3 показана на рис. 2.

Условия проведения испытаний должны соответствовать следующим параметрам:

- режим камеры по давлению (Р) - не выше, чем 5 • 10-5 мм рт. ст.;

- режим камеры по температуре криоэкрана (Т °С) - не выше - 180 °С;

- мощность электрообогревателя 1,0 ± 0,5 Вт.

Режим ведется до получения стационарного режима «полочки», когда изменение температуры по всем термопарам не должно превышать 1 °С в течение 60 минут.

Таблица 1

Оборудование Индекс Назначение

Вакуумная камера - Имитация внешних воздействий (вакуум, окружающая температура)

Термометр сопротивления Т1 Измерение температуры на поверхности нагревателя

Термометр сопротивления Т2 Измерение температуры на лицевой поверхности образца

Термометр сопротивления ТС3 Измерение температуры на задней поверхности образца

Вольтметр цифровой - Контроль напряжения

Вольтамперметр - Контроль тока

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов

Рис. 1. Монтажная схема испытаний: 1 - образец ЭВТИ; 2 - камера; 3 - приспособление для вывешивания образца; 4- термометр сопротивления (на криоэкране)

Удельное термическое сопротивление образцов теплоизоляции определяется по формуле:

2 • Бэр•( - Т 2 )

Л =-

й

ЭО

Л =

2 • Бэр •( - Т3)

ЙЭО

ГЭВТИ _ (г1 + г2) / 2,

где РЭО - площадь пластины с электрообогревателем, м2; Т1, Т2 - температура наружного слоя образца ЭВТИ, °С; рЭО - мощность электрообогревателя, Вт; г1, г2 - удельное термическое сопротивление образцов; гЭВТИ - среднее удельное термическое сопротивление образца.

Полное термическое сопротивление образца определяется по формуле

Я

'ЭВТИ

ЭВТИ

Б

[К/Вт].

ЭО

По данной методике были проведены испытания образцов ЭВТИ с различным числом слоев и материалом прокладок. Для проведения испытаний были изготовлены три типа образцов ЭВТИ, представленные в табл. 2.

Каждый образец ЭВТИ испытывался на трех уровнях мощности нагревателя. Термическое сопротивление образца определялось как среднее значение по трем измерениям, что повышает надежность и достоверность результатов. Вакуум в камере в процессе испытаний поддерживался на уровне ~10-4 мм. рт. ст.

Обобщенные результаты испытаний образцов показаны в табл. 3.

Рис. 2. Схема крепления ЭВТИ и термометров сопротивления

Таблица 2

Образцы ЭВТИ

Сборка теплоизоляции Тип прокладки Тип ЭВТИ, число экранов/прокладок

Образец №1 Облегченная прокладка 10/9

Образец №2 Облегченная прокладка 5/4

Образец №3 Гофрированная пленка 10/9

Образец №4 Гофрированная пленка 5/4

Образец №5 Стекловуаль 10/9

Образец №6 Стекловуаль 5/4

Таблица 3 Результаты испытаний

Образец ЭВТИ Число слоев Термическое сопротивление, К/Вт Удельное термическое сопротивление, м2-К/Вт

Образец №3 (гофр.) 20 350,4 4,24

Образец №4 (гофр.) 10 349,5 4,23

Образец №5 (стекловуаль) 20 377,5 4,57

Образец №6 (стекловуаль) 10 371,4 4,49

Образец №1 (новая прокл.) 20 388,4 4,7

Образец №2 (новая прокл.) 10 375,9 4,55

По результатам испытаний были сделаны следующие выводы.

- Методика испытаний корректна и дает устойчивые результаты.

- Наилучшим термическим сопротивлением обладает ЭВТИ с новой облегченной прокладкой - на 10% лучше, чем ЭВТИ с прокладкой из гофрированной пленки. Термическое сопротивление ЭВТИ с новой прокладкой зависит от числа слоев, но незначительно.

- Применять ЭВТИ с новой облегченной прокладкой с числом слоев более 20 нецелесообразно. Оптимальное рекомендуемое число слоев - 10.

- ЭВТИ с гофрированной прокладкой обладает наихудшими теплофизическими параметрами. При этом число слоев начиная с десяти не оказывает существенного влияния на термическое сопротивление ЭВТИ.

- ЭВТИ со стекловуалью сравнима по термическому сопротивлению с ЭВТИ с новой облегченной прокладкой. Влияние числа слоев на термическое сопротивление начиная с десяти слоев незначительно.

© Танасиенко Ф. В., Рудько А. А., Басынин В. В., 2013

УДК 658.51

РАЦИОНАЛИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ, СОЗДАВАЕМЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УНИФИЦИРОВАННЫХ ПЛАТФОРМ НЕГЕРМЕТИЧНОГО МОДУЛЬНОГО КОНСТРУКТИВНОГО ИСПОЛНЕНИЯ

E. А. Шангина, В. Е. Патраев

ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Россия, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52. E-mail: [email protected]

Рассмотрены некоторые принципы проектирования КА информационного обеспечения с использованием унифицированных космических платформ, позволяющих рационализировать процессы их разработки.

Ключевые слова: космический аппарат, платформа.

DESIGN RATIONALIZATION OF INFORMATION SUPPORT SPACECRAFT, DEVELOPED WITH NON-HERMETIC MODULAR UNIFIED PLATFORMS USE

E. A. Shangina, V. E. Patraev

JSC "Academician M. F. Reshetnev "Information Satellite Systems" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russia. E-mail: [email protected]

Some principles of information support spacecraft development with unified space platforms use which allow to facilitate design process are considered.

Keywords: spacecraft, platform.

Многие современные и все перспективные КА информационного обеспечения разработки ОАО «ИСС» созданы или проектируются с использованием унифицированных космических платформ (УКП) негерметичного модульного конструктивного исполнения, прошедших квалификацию в составе предыдущих проектов. К таким УКП относятся платформы «Экспресс-1000», «Эспресс-2000», «Экспресс-4000» и их модификации. Например, на базе УКП «Экспресс-1000» разработаны или разрабатываются КА «Луч-5А», «Луч-5Б», «Луч-5В», «Амос-5», «ТЕЕКОМ-З», «Ямал-300К», «Экспресс-АТ1», «Экспресс-АМ8», «АО^аЬ> («Э-1000Н»), «Экспресс-АТ2» («Э-1000К») [1].

Общие принципы проектирования КА на базе УКП имеют ряд особенностей, позволяющих эффективно применять их на практике и рационализировать, таким образом, процесс проектирования КА. К ним относятся:

- возможность рационализации задач и объемов работ по обеспечению и контролю надежности КА, выполняемых на этапах проектирования, благодаря созданному заделу по системам, что учитывается при разработке ПОН, КПЭО, ТЗ на КА и составные части;

- возможность ужесточения в ТЗ, ТТЗ требований к показателям надежности вновь разрабатываемых КА и повышения, таким образом, их конкурентоспособности благодаря подтвержденным показателям надежности оборудования и систем базовых УКП;

- возможность изменения характеристик УКП, имеющих запасы по различным ресурсам;

- существенное сокращение новизны (изменяемости) заимствуемого оборудования бортовых систем по категориям А и В без ущерба эффективности и надежности, что позволяет рационализировать объемы их отработки;