CC BY
61
Секция «Модели и методы анализа прочности динамики и надежности конструкций КА»
УДК 629.78.023.222
М. М. Полевщиков, Н. А. Тестоедов, В. В. Миронович, И. В. Евкин, А. К. Шатров Научный руководитель - Н. А. Тестоедов ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Железногорск
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ДЕГРАДАЦИИ ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ И ЕЕ ПРОГНОЗОВ ОТ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ОРБИТАЛЬНОГО ПОЛЕТА
КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
Исследована зависимость деградации ТРП класса «солнечный отражатель» от длительности орбитального полета КА «ГЛОНАСС-М» № 11. Определена минимальная длительность эксперимента для обеспечения достоверных прогнозов деградации ТРП на 10 и 15 лет САС КА.
Целью проведения космических экспериментов по определению стабильности терморегулирующих покрытий (ТРП) к воздействию повреждающих факторов космического пространства в реальных условиях эксплуатации является нахождение зависимости изменения коэффициента поглощения Лб (деградация ТРП) от времени эксплуатации (ДЛб = ОД) и прогнозирование ДЛб по полученной физико-математической модели на конец срока активного существования (САС) космического аппарата (КА). Результаты прогноза ДЛб используются конструкторами для определения оптимальных габаритно-весовых характеристик радиаторов системы терморегулирования КА.
В данной статье рассмотрено исследование деградации ТРП класса «солнечный отражатель» в зависимости от длительности орбитального полета КА на примере результатов эксперимента, проведенного на КА «ГЛОНАСС-М» №11 в условиях эксплуатации на круговых орбитах высотой до 20 000 км. Длительность эксперимента составляет 5,4 года (1981 день полета КА). ТРП находится под воздействием плотности потока солнечного излучения, падающего по нормали к поверхности ТРП (доза критичного для ТРП УФ-излучения Солнца эквивалентна дням полета КА).
На рисунке а представлены результаты моделирования температуры ТРП за разные временные участки полета КА, шаг которых составляет 1 год и характеризуется наличием минимума сезонного изменения плотности потока солнечного излучения (1б) на конечные расчетные сутки. Первый минимум на 195 день полета КА соответствует этапу интенсивной деградации ТРП, поэтому первый расчетный диапазон определен вторым минимумом (570 день полета), начиная с которого скорость деградации ТРП снижается. Пятый расчетный диапазон определен общей длительностью эксперимента.
Также на рисунке а представлен результат прогнозирования температуры ТРП по построенным физико-математическим моделям на 16 лет эксплуатации КА (6000 дней полета), в которых деградация ТРП описывалась моделью [1]:
ДЛб = ДАэтах х [1 - ехр(-Ы°)], (1)
где ДЛБтах - коэффициент модели, определяющий максимальное изменение коэффициента Лб (динамика
сходимости данного коэффициента от длительности эксперимента представлена на рисунке в)).
На рисунке г представлена зависимость времени прогнозирования температуры ТРП от времени проведения эксперимента при критерии равенства 1 К отклонения получаемой температуры по расчетному интервалу времени от результата ее моделирования по максимальной длительности эксперимента.
— (-570 — (-935 ■■— (=1300 Е ; ..............: ...................
- (-1662 - 1=1381 ..............
О 19110 ОТО 3000 4000 ИМ «000
К исследованию зависимости деградации ТРП «солнечный отражатель» от времени полета КА
Результаты исследования сведены в таблицу, где также представлена абсолютная точность моделирования температуры и деградации ТРП (ДТ, 5).
Анализируя полученные результаты и учитывая, что в настоящий момент времени перспективные КА базируются на длительности САС 10 и 15 лет (^1, 1п2, таблица), можно сказать следующее:
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
Результаты исследования зависимости деградации ТРП «солнечный отражатель» от времени полета космического аппарата
Расчетные интервалы (1, дни полета (годы)) ДТ, К (при 15) ДТ, К (при ^2) ДAs/As0, % (по 15) SдAs/As0, % (при 15) SдAs/As0, % (при 1п1) SдAs/As0, % (при ^-пшах, годы полета (при ДТ=1 К)
11 530 (1,6) +5,5 +19,5 112,6 +21,7 +52,2 +92,1 2,3
12 935 (2,6) +1,9 +6,9 137,3 +7,5 +18,1 +30,6 3,8
1300 (3,6) +0,4 +1,6 154,5 +1,7 +4,1 +6,9 9,9
14 1662 (4,6) +0,2 +0,7 167,5 +0,6 +1,7 +2,9 16,4
1981 (5,4) 0 0 176,5 0 0 0 >16,4
1п1 3650 (10,0) - - 205,5 - - - -
1п2 6000 (16,4) - - 223,9 - - - -
- минимальное время эксперимента для проведения физико-математического моделирования и последующего прогноза деградации ТРП составляет 1,5 года эксплуатации, период до 1,5 года является этапом наблюдения и набора телеметрической информации;
- по рисунку г и по таблице при длительности эксперимента от 1,5 до 4,5 лет можно найти максимальное значение времени прогноза, при котором обеспечивается необходимая достоверность;
- за САС 10 лет ТРП класса «солнечный отражатель» деградирует на 205,5 %; минимальная длительность эксперимента по исследованию деградации ТРП должна быть более 3,5 лет эксплуатации КА, при этом обеспечивается абсолютная точность прогноза деградации +4,1 %;
- за САС 15 лет ТРП класса «солнечный отражатель» деградирует на 223,9 %; минимальная длительность эксперимента должна быть более 4,5 лет с обеспечением абсолютной точности прогноза +2,9 %.
Библиографическая ссылка
1. Полевщиков М. М., Евкин И. В., Кузнецов А. Б., Антонов С. Г. Физико-математическое моделирование увеличения коэффициента поглощения солнечной радиации терморегулирующих покрытий в натурных условиях: сб. материалов Х1У Междунар. науч. конф. «Решетневские чтения» ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2010.
© Полевщиков М. М., Тестоедов Н. А., Миронович В. В., Евкин И. В., Шатров А. К., 2012
