Научная статья на тему 'ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ В СОБСТВЕННОЙ ВНЕШНЕЙ АТМОСФЕРЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ОРБИТАЛЬНЫХ СТАНЦИЙ И РОССИЙСКОГО СЕГМЕНТА МЕЖДУНАРОДНОЙ КОСМИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ'

ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ В СОБСТВЕННОЙ ВНЕШНЕЙ АТМОСФЕРЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ОРБИТАЛЬНЫХ СТАНЦИЙ И РОССИЙСКОГО СЕГМЕНТА МЕЖДУНАРОДНОЙ КОСМИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
65
22
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЗАГРЯЗНЕНИЕ / КВАРЦЕВЫЕ МИКРОВЕСЫ / ОРБИТАЛЬНАЯ СТАНЦИЯ / СОБСТВЕННАЯ ВНЕШНЯЯ АТМОСФЕРА

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Душин В.К., Крылов А.Н., Скороваров А.Ю.

В связи с растущим количеством научных экспериментов, выполняемых на Российском сегменте Международной космической станции, всё больший интерес вызывает состояние среды, в которой они проводятся, особенно - загрязняющие воздействия собственной внешней атмосферы. Источниками загрязняющего воздействия собственной внешней атмосферы являются газовыделение неметаллических материалов внешних покрытий, работа двигателей системы управления и выбросы различных дренажных систем, а также пылевые частицы, сохранившиеся на внешних поверхностях после выведения с Земли, атмосферные аэрозоли и космическая пыль. В публикации представляются результаты измерений молекулярного осаждения на датчики кварцевых микровесов, использовавшихся для оценки загрязнений в собственной внешней атмосфере первых советских орбитальных станций «Салют-7» и «Мир», а также модулей «Пирс» и «Поиск» Российского сегмента Международной космической станции. Данные экспериментов показывают существенное влияние условий освещённости и температурного режима источника загрязнений, а также чувствительного элемента кварцевых микровесов на результаты измерений.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Душин В.К., Крылов А.Н., Скороваров А.Ю.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

CONTAMINATION LEVELS MEASURING IN EXTERNAL INDUCED ATMOSPHERE OF RUSSIAN ORBITAL STATIONS AND THE RUSSIAN SEGMENT OF THE INTERNATIONAL SPACE STATION

In view of the increasing number of science experiments being carried out in the Russian Segment of the International Space Station, there is a growing interest in the state of the environment where they are conducted, especially, in the contaminating effects of the external induced atmosphere. Sources of the induced atmosphere contamination are the outgassing of non-metallic materials of the outer coatings, firings of control system thrusters and exhausts of various venting systems, as well as dust particles remaining on the external surfaces after launch from Earth, atmospheric aerosols and space dust. The paper presents results of quartz crystal microbalances molecular depositions measurements that were used for evaluating contamination in the induced atmosphere of the first Soviet orbital stations Salyut-7 and Mir, as well as modules Pirs and Poisk of the Russian Segment of the International Space Station. The results of the experiments show a significant effect of illumination and thermal conditions of the contamination source and the quartz microbalance sensor on the measurement results.

Текст научной работы на тему «ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ В СОБСТВЕННОЙ ВНЕШНЕЙ АТМОСФЕРЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ОРБИТАЛЬНЫХ СТАНЦИЙ И РОССИЙСКОГО СЕГМЕНТА МЕЖДУНАРОДНОЙ КОСМИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ»

УДК 629.786.2:523.6

ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ В СОБСТВЕННОЙ ВНЕШНЕЙ АТМОСФЕРЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ОРБИТАЛЬНЫХ СТАНЦИЙ И РОССИЙСКОГО СЕГМЕНТА МЕЖДУНАРОДНОЙ КОСМИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ © 2021 г. Душин В.К., Крылов А.Н., Скороваров А.Ю.

Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С.П. Королёва (РКК «Энергия») Ул. Ленина, 4А, г. Королёв, Московская обл., Российская Федерация, 141070, e-mail: post@rsce.ru

В связи с растущим количеством научных экспериментов, выполняемых на Российском сегменте Международной космической станции, всё больший интерес вызывает состояние среды, в которой они проводятся, особенно — загрязняющие воздействия собственной внешней атмосферы. Источниками загрязняющего воздействия собственной внешней атмосферы являются газовыделение неметаллических материалов внешних покрытий, работа двигателей системы управления и выбросы различных дренажных систем, а также пылевые частицы, сохранившиеся на внешних поверхностях после выведения с Земли, атмосферные аэрозоли и космическая пыль. В публикации представляются результаты измерений молекулярного осаждения на датчики кварцевых микровесов, использовавшихся для оценки загрязнений в собственной внешней атмосфере первых советских орбитальных станций «Салют-7» и «Мир», а также модулей «Пирс» и «Поиск» Российского сегмента Международной космической станции. Данные экспериментов показывают существенное влияние условий освещённости и температурного режима источника загрязнений, а также чувствительного элемента кварцевых микровесов на результаты измерений.

Ключевые слова: загрязнение, кварцевые микровесы, орбитальная станция, собственная внешняя атмосфера.

DOI 10.33950/spacetech-2308-7625-2021-2-98-106

CONTAMINATION LEVELS MEASURING

IN EXTERNAL INDUCED ATMOSPHERE

OF RUSSIAN ORBITAL STATIONS AND THE RUSSIAN SEGMENT

OF THE INTERNATIONAL SPACE STATION

Dushin V.K., Krylov A.N., Skorovarov A.Yu.

S.P. Korolev Rocket and Space Corporation Energia (RSC Energia) 4A Lenin str., Korolev, Moscow region, 141070, Russian Federation, e-mail:post@rsce.ru

In view of the increasing number of science experiments being carried out in the Russian Segment of the International Space Station, there is a growing interest in the state of the environment where they are conducted, especially, in the contaminating effects of the external induced atmosphere. Sources of the induced atmosphere contamination are the outgassing of non-metallic materials of the outer coatings, firings of control system thrusters and exhausts of various venting systems, as well as dust particles remaining on the external surfaces after launch from Earth, atmospheric aerosols and space dust. The paper presents results of quartz

crystal microbalances molecular depositions measurements that were used for evaluating contamination in the induced atmosphere of the first Soviet orbital stations Salyut-7 and Mir, as well as modules Pirs and Poisk of the Russian Segment of the International Space Station. The results of the experiments show a significant effect of illumination and thermal conditions of the contamination source and the quartz microbalance sensor on the measurement results.

Key words: contamination, quartz crystal microbalance, orbital, external induced atmosphere.

душин в.к. КРЫЛОВ А.н. СКОРОВАРОВ А.Ю.

ДУШИН Владимир Константинович — кандидат физико-математических наук DUSHIN Vladimir Konstantinovich — Candidate of Science (Physics and Mathematics)

КРЫЛОВ Андрей Николаевич — кандидат физико-математических наук, начальник сектора РКК «Энергия», e-mail: andrey.n.krylov@rsce.ru KRYLOV Andrey Nikolaevich — Candidate of Science (Physics and Mathematics), Head of Subdepartment at RSC Energia, e-mail: andrey.n.krylov@rsce.ru

СКОРОВАРОВ Александр Юрьевич — ведущий инженер-математик РКК «Энергия», e-mail: aleksandr.skorovarov@rsce.ru

SKOROVAROV Aleksandr Yuryevich — Lead engineer-mathematician at RSC Energia, e-mail: aleksandr.skorovarov@rsce.ru

Введение

Одной из особенностей функционирования космических аппаратов (КА) на околоземной орбите является образование вокруг них собственной внешней атмосферы (СВА) [1] — особенной среды, характеристики которой могут существенно отличаться от параметров невозмущённой атмосферы на орбитальном участке полёта КА. Вопросы исследования СВА приобрели большое значение в течение последних 40 лет. При этом успешное изучение СВА невозможно без проведения соответствующих экспериментов непосредственно в условиях орбитального полёта КА, поскольку в наземных условиях невозможно или крайне дорого воспроизвести весь комплекс факторов космического

пространства, влияющих на формирование СВА. В статье представлены результаты натурных измерений уровня осаждения загрязнений на орбитальной станции (ОС) «Салют-7», долговременной ОС «Мир» и на модулях «Пирс» и «Поиск» Российского сегмента Международной космической станции (РС МКС) [2].

Эксперимент «Астра-1» на орбитальной станции «Салют-7»

В начале 1980-х гг. межведомственной группой исследователей из НПО «Энергия», Института прикладной геофизики (ИПГ) и Московского авиационного института (МАИ) был организован и проведён первый в СССР эксперимент по изучению СВА ОС — «Астра-1» [3].

В состав аппаратуры «УМР-Астра», установленной на ОС «Салют-7» (рис. 1), вошло два измерительных блока с кварцевыми микровесами (КМВ) разработки МАИ, установленными на рабочем отсеке (КВ21 и КВ24) и на торце агрегатного отсека вблизи корректирующего двигателя (КВ31 и КВ34), измеряющими массу веществ в диапазоне 4,010-8... 1,610-4 г/см2. Принцип работы датчика КМВ состоит в измерении разности частот колебаний кварцевых резонаторов (эталонного, изолированного от внешней среды, и открытого во внешнюю среду) зависящей от величины осевшей массы загрязнений [4].

Вил Блока* Я сзади

I КВ34| Блок З

]КВ31, КБ 34

Блок 2

Рис. 1. Размещение блоков аппаратуры «УМР-Астра» на ОС «Салют-7»

После выведения ОС «Салют-7» на орбиту были проведены проверочные включения аппаратуры «УМР-Астра»: 04.06.1982 г., когда её датчики были изолированы от окружающей среды стеклянными колбами, и 14.06.1982 г. — сразу после вскрытия защитных колб.

Зафиксированные при этом по показаниям датчиков КВ21, КВ24 и КВ34 значения приращения масс составили 2,6.10-6; 2,910-6 и 4,7.10-6 г/см2. Эти значения оказались на 2,540-6; 1,2.10-6 и 1,940-6 г/см2 больше соответствующих величин осаждённой массы до старта. Для датчика КВ31 количество осевшей за этот период массы оказалось критичным, и он стал выдавать нулевые значения разностной частоты.

Датчики КВ блока № 2 показали, что с 04.06 по 14.06.1982 г. масса загрязняющих веществ, которые осели на КВ21 (в отличие от КВ24), существенно (на 2,2.10-6 г/см2) увеличилась. Это же произошло и с массой веществ, осевших на КВ34 блока № 3. Её увеличение за указанный период оказалось критичным для КВ34

— он (как ранее и КВ31) стал выдавать нулевые значения разностной частоты.

С 24.06.1982 г. были начаты регулярные сеансы измерений, однако через три дня датчики кварцевых микровесов блока № 2 — сначала КВ24, затем (с промежутком в 12 ч) и КВ21 — стали выдавать нулевые значения. Наиболее вероятной причиной такой ситуации явилось ухудшение добротности кварцевого резонатора в случае накопления на чувствительном элементе КМВ массы вещества, которая превысила критическую величину — значение, достаточное, чтобы препятствовать запуску электронной схемы включаемого датчика. Для датчиков КВ аппаратуры «УМР-Астра» это значение оказалось близким к (1...2)10-5 г/см2, о чём можно судить по приведённым в таблице средним значениям приращения масс 14, 24, 26 и 27.06.1982 г. на датчиках КВ21 и КВ24.

Результаты измерений приращения масс на кварцевых микровесах

Дата Время Прирост массы, г/см2

КВ21 КВ24

14.06.1982 г. 15.45...15.50 4.8-10-6 2.9-10-6

24.06.1982 г. 15.30...15.50 12,8106 6.4-10-6

26.06.1982 г. 15.00...17.20 18,7106 11,410-6

27.06.1982 г. 10.00...10.30 19,8106 Нет данных

На основании этих данных была оценена средняя скорость осаждения массы при двух полётных ситуациях: в фоновых условиях и при стыковке со станцией 25.06.1982 г. транспортного корабля «Союз Т-6». В результате скорость осаждения массы загрязняющих веществ на поверхности рабочего отсека ОС «Салют-7» составляла в среднем (4,2...9,2>1012 г/(см2-с) и ~1,410-11 г/(см2-с) в фоновых условиях (до стыковки и после стыковки к агрегатному отсеку ОС корабля «Союз Т-6», соответственно), и (5,8...7,8>10-" г/(см2-с) — во время стыковки.

Результаты первых измерений загрязнений на станции «Салют-7» показали, что их уровень существенно зависит от места размещения датчиковой аппаратуры. Наиболее загрязнённой оказалась зона вблизи агрегатного отсека с двигателями системы ориентации и коррекции орбиты станции, наименее загрязнённой — зона вблизи переходного отсека, наиболее удалённого от агрегатного отсека.

Эксперимент «Астра-2» на долговременной орбитальной станции «Мир»

В эксперименте «Астра-2» [5], ставшем продолжением эксперимента «Астра-1», изучение СВА осуществлялось с помощью аппаратуры, в состав которой вошли два датчика КМВ, разработанных в ИПГ. Конструкция датчиков и диапазон измерения массы аналогичны датчикам КМВ аппаратуры «УМР-Астра».

Сами КМВ не термостатированы, и температура их чувствительного элемента не контролировалась. Термоста-тирован только герметичный корпус, в котором они находятся. Размещение измерительного блока аппаратуры «Аст-ра-2» с датчиками КМВ на модуле «Спектр» долговременной ОС «Мир» приведено на рис. 2.

Рис. 2. Размещение микровесов на модуле «Спектр». Стрелками показаны нормали к их поверхностям

Конструкция датчика КМВ с защитной колбой и разбивающим устройством показана на рис. 3.

Рис. 3. Датчик КМВ аппаратуры «Астра-2»: 1 — разбивающее устройство; 2 — эталонный кварцевый резонатор; 3 — чувствительный кварцевый резонатор

Эксперимент «Астра-2» был начат 22.05.1995 г. через 48 ч после запуска модуля «Спектр». Измерения осаждения загрязнений на КМВ проводились в течение двух лет. КМВ1 были

вскрыты 15.06.1995 г., КМВ2 — 31.08.1998 г. Изменение частоты КМВ на 1 Гц соответствует приросту осевшей массы на ~140-8 г/см2 в предположении, что плотность осевшего вещества составляет 1 г/см3.

Средняя скорость осаждения для КМВ1 составила величину ~440-13 г/(см2-с) за период от вскрытия 15.06.1995 г. до 15.11.1995 г. Аномальное поведение КМВ1 (выход за границу диапазона измерений) впервые было зафиксировано 15.08.1995 г. на солнечном витке. После 15.11.1995 г. показания КМВ1 достигли верхней границы диапазона измерений, а через некоторое время датчик начал выдавать нулевое значение разностной частоты.

Датчик КМВ2 показывал медленный прирост массы, причём заметных изменений осевшей массы при стыковках Shuttle и кораблей «Союз» и «Прогресс», а также при проведении эксперимента PIC [6], не зафиксировано ввиду значительного удаления от работавших двигателей и размещения датчика в периферийной зоне струи. Средняя скорость осаждения для КМВ2 составила величину ~510-11 г/(см2-с) за период от вскрытия 15.06.1995 до 08.09.1995 г., величину ~ 1 • 10-12 г/(см2-с) — за период 08.09.1995...26.12.1996 г. После этого момента скорость осаждения загрязнений менялась мало до марта 1997 г., а затем масса осевшего вещества на КМВ2 начала уменьшаться, что может быть связано с изменением режима ориентации долговременной ОС «Мир». Результаты этих измерений приведены на рис. 4.

Рис. 4. Результаты измерений осаждения загрязнений в эксперименте «Астра-2»

По этим результатам можно сделать два вывода:

• показания КМВ2, подвергающихся воздействию дальнего поля струй

двигателей ориентации долговременной ОС «Мир», удовлетворительно согласуются с видом функции суммарного расхода топлива через эти двигатели;

• существуют периоды значительного роста скорости осаждения загрязнений, которые коррелируют с так называемыми «солнечными витками», т. е. моментами, когда на витке или совсем отсутствует тень, или когда её продолжительность существенно ниже обычной.

Это происходит периодически, примерно раз в два месяца, но не является единственным условием. Необходимо также, чтобы датчик КМВ был в локальной тени, а поверхности в поле его зрения нагреты Солнцем. Именно при наличии этих условий и происходит значительный рост скорости осаждения загрязнений, что показано на рис. 5. Можно предположить, что на «солнечных» витках происходит более глубокий прогрев слоёв материалов экранно-вакуумной теплоизоляции и, соответственно, более интенсивное испарение аккумулированных загрязняющих веществ — как продуктов газовыделения материалов внешних поверхностей, так и продуктов неполного сгорания топлива двигателей системы управления.

Следует отметить, что в период с марта по июнь 1997 г., когда элементы конструкции ОС в поле зрения КМВ2 находились в тени, наблюдался обратный эффект — уменьшение величины осевшей массы.

Измерения загрязнений с помощью прибора БКДО на модуле «Пирс»

Натурные измерения динамики осаждения загрязнений на РС МКС были начаты в июле 2004 г. с использованием прибора БКДО (блок контроля давления и осаждения) [7]. Первый лётный образец прибора БКДО был оснащён только двумя датчиками КМВ с диапазоном измерения массы 4,3440-9...2,8440-4 г/см2. КМВ не термостатированы, но имеют встроенный датчик контроля температуры кварцевой пластины. Общий вид прибора показан на рис. 6.

Рис. 5. Результаты измерений осаждения загрязнений на солнечных витках

Рис. 6. Блок контроля давления и осаждения

БКДО был установлен на внешней поверхности модуля «Пирс» 01.06.2004 г. экипажем РС МКС во время внекора-бельной деятельности (ВКД) и ориентирован в направлении зенит-надир.

Как и в эксперименте «Астра-2», датчик КМВ1 вёл себя нестабильно, периодически наблюдался выход на верхнюю границу диапазона измерений, и к концу июля он перестал выдавать значимую информацию. Показания датчика КМВ2 были более устойчивыми, и к 11.07.2006 г. величина осевшей массы достигла 3,25-10-5 г/см2, однако, после этого 20.07.2006 г. его показания уменьшились до 140-5 г/см2, а затем стали выдавать значения, близкие к нулю. Средняя скорость нарастания массы на датчике КМВ1 составила 910-12 г/(см2^с), а на КМВ2 — 510-12 г/(см2^с).

Один из неисправных датчиков был возвращён

на Землю на корабле Shuttle в полёте 12А STS-115. По результатам проверок датчика был сделан вывод о том, что основной причиной его нулевых показаний стала деградация серебряного покрытия чувствительного элемента, и принято решение о его доработке. Электронный блок датчика был исправен. Доработка запасного комплекта датчиков была выполнена в ЗАО «Этна» путём замены кварцевой пластины микровесов на датчик массы с золотым покрытием.

Измерения загрязнений с помощью прибора БКДО на модуле «Поиск»

Доработанный прибор БКДО был доставлен на борт РС МКС 10.04.2014 г. на грузовом корабле «Прогресс М-23М». 18.08.2014 г. во время ВКД-39 экипаж МКС установил БКДО на модуле «Поиск» РС МКС. Датчики КМ В были снова ориентированы в направлении зенит-надир. Размещение датчиков КМ В на РС МКС в исходном положении показано на рис. 7.

Рис. 7. Размещение датчиков на модуле «Поиск», исходное положение: 1 — модуль «Заря»; 2 — модуль «Поиск»; 3 — КМВ2; 4 — КМВ1; 5 — модуль «Звезда»; 6 — модуль «Пирс»

За время транспортировки и хранения прирост массы на датчиках составил 79 А для КМВ1 и 16 А — для КМВ2.

В качестве нулевой точки отсчёта использованы показания КМВ во время тестового включения 18.08.2014 г. сразу после установки.

С 25.08.2014 г. были начаты регулярные сеансы измерений с частотой от одного до четырёх раз в неделю в фоновых условиях при отсутствии возмущений СВА, возмущённых условиях при работе двигателей ориентации

и коррекции орбиты, дренажей, при ВКД, при стыковках и расстыковках кораблей посещения и т. п. В период «солнечных витков» проводились ежедневные включения.

Для оценки влияния ориентации датчиков на уровень осаждения загрязнений была изменена ориентация БКДО путём поворота его относительно оси штанги на 90°, при этом датчик КМВ1 был направлен в сторону Американского сегмента в направлении набегающего потока атмосферы, а КМВ2 — в сторону модуля «Заря». Поворот БКДО был осуществлён во время ВКД-41 10.08.2015 г.

Следующее изменение ориентации БКДО было осуществлено во время ВКД-42 03.02.2016 г. Продольная ось БКДО была направлена перпендикулярно поверхности модуля «Поиск».

Очередное изменение ориентации БКДО было выполнено во время ВКД-43 17.08.2017 г. В 21 ч 50 мин прибор был установлен в исходное положение.

На рис. 8 и 9 приведены обобщённые данные по уровню осаждения загрязнений за весь период измерений, интегральные данные по расходу топлива на ориентацию и коррекцию орбиты, а также угол между плоскостью орбиты и Солнцем.

Прямой корреляции между интенсивностью работы двигателей и показаниями КМВ не наблюдается ввиду значительного удаления КМВ от двигателей и недостаточной чувствительности датчиков для регистрации таких осаждений. Тем не менее, значительное уменьшение осаждения загрязнений в период 01.2016...12.2017 г. может быть связано с тем, что в этот период практически не включались двигатели крена модуля «Звезда». Это может свидетельствовать также о том, что возможное увеличение уровня загрязнений продуктами неполного сгорания происходит вследствие их накопления в негерметичных полостях и пористых материалах с последующим переиспарением при прогреве Солнцем.

Кроме того, характер накопления загрязнений на КМВ1 и КМВ2 отличается и сильно зависит от ориентации прибора. В исходном положении для КМВ2 есть тенденция к уменьшению скорости осаждения, а на КМВ1 масса продолжает нарастать почти линейно. Средняя скорость осаждения загрязнений до первого поворота БКДО составила 8,340-13 г/(см2-с) для КМВ1 и 6,040-13 г/(смЧ) — для КМВ2.

о о о о о о о Рис. 8. Средний уровень осаждения загрязнений на датчике КМВ1

р Т-. О О Т-. О

оооооооо Рис. 9. Средний уровень осаждения загрязнений на датчике КМВ2

Рис. 10. Показания кварцевых микровесов на витке. Мониторинг. КМВ2. 17.11.2014 г.

■ ■■•■■■ — уровень осаждения; ■■■•■■■ — температура датчика; ■■■•■■■ — температура корпуса; ш — тень; — полутень; тх& — чувствительный датчик видит Солнце;

кш — эталонный датчик видит Солнце

После первого поворота характер изменения массы загрязнений на КМВ существенно изменился. Для КМВ1 после значительных колебаний толщина осаждения уменьшилась почти в три раза, а для КМВ2 она уменьшилась в два раза, а затем стабилизировалась. Средняя скорость потери массы за этот период составила 1,310-12 г/(см2-с) для КМВ1 и 6,510-13 г/(см2-с) -для КМВ2.

После второго поворота КМВ1 показывает плавное уменьшение осевшей массы загрязнений со средней скоростью 1,110-13 г/(см2-с), поскольку в поле его зрения попадает только край солнечной батареи модуля «Звезда» при некоторых углах её поворота, а КМВ2 — постепенное небольшое нарастание массы со средней скоростью 1,010-14 г/(см2-с), так как в поле его зрения находится поверхность модуля «Поиск», закрытая экранно-вакуумной теплоизоляцией. После возвращения прибора в исходное положение характер накопления загрязнений восстановился, но с меньшей интенсивностью. Средняя скорость осаждения загрязнений составила 1,410-13 г/(см2-с) для КМВ1 и 3,1-1013 г/(см2-с) — для КМВ2. На КМВ1 масса продолжает нарастать почти линейно, на КМВ2 нарастание идёт периодично и зависит от положения Солнца относительно плоскости орбиты. Это связано с тем, что в поле зрения КМВ2 находятся элементы конструкции кораблей «Союз», регулярно два раза в год стыкующихся к модулю

«Поиск». В случаях, когда эти поверхности нагреты Солнцем, осаждение загрязнений значительно возрастает до уровня 1,410-12 г/(см2-с).

Результаты измерений загрязнений на протяжении витка для КМВ2 приведены на рис. 10. Здесь же отмечен теневой участок орбиты и показана засветка Солнцем чувствительного и эталонного датчиков КМВ. После выхода из локальной тени бленды датчика наблюдается резкий скачок показаний, связанный с его неравномерным нагревом. По мере прогрева кварцевого резонатора происходит испарение осевшей массы. После появления локальной тени вновь наблюдается резкий скачок показаний, не связанный с изменением осевшей массы. В дальнейшем масса интенсивно нарастает на солнечном участке орбиты, и более медленно — на теневом участке.

Заключение

Измерения уровней осаждения загрязнений на российских ОС дали большой объём информации, характеризующей окружающую ОС среду. Обнаружены существенная анизотропия направления и интенсивности потоков загрязнений в СВА РС МКС и их зависимость от условий освещённости источника загрязнений. Интенсивность осаждения загрязнений на РС МКС выше в направлении зенита и ниже в направлении надира, когда источники газовыделения находятся в зонах затенения элементами конструкции станции. Но в целом, по сравнению со станциями «Салют-7» и «Мир», уровень осаждения загрязнений снижается благодаря ужесточению требований к чистоте используемых неметаллических материалов внешнего покрытия РС МКС и использованию газодинамических защитных устройств [8, 9] на двигателях модуля «Заря» и кораблях «Прогресс». Полученные данные натурных измерений позволяют проводить оценки загрязняющего воздействия СВА РС МКС на научную и служебную аппаратуру.

Список литературы

1. Акишин А.И., Дунаев Н.М., Константинова В.В. Собственная атмосфера космических аппаратов и её влияние на бортовые приборы и технологию

в космосе // Космическое материаловедение и технология. М.: Наука, 1977. С. 65-77.

2. Крылов А.Н. Экспериментальные исследования собственной внешней атмосферы космических аппаратов и станций // В кн.: Машиностроение. Энциклопедия. T. IV-22. Ракетно-космическая техника. В 2 кн. М.: Машиностроение, 2012. Кн. 1. С. 411-421.

3. Акишин А.И., Зазулин В.С. Контроль толщины плёнок, получаемых в вакууме, кварцевым резонатором // Приборы и техника эксперимента. 1963. № 1. С. 152-154.

4. Dushin V.K., Krylov A.N., Soares C.E. On-orbit quartz crystal microbalance measurements of molecular deposition on Russian and U.S. Space Stations // Proceedings of 25th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics, July 21-28, 2006, Saint-Petersburg, Russia. P. 573-578.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

5. Душин.В.К, Крылов А.Н., Мишина Л.В., Голубев Е.Н., Белоцерковский М.Б., Пылев В.П. Некоторые экспериментальные результаты измерений параметров собственной внешней атмосферы ОС «МИР» в эксперименте «Астра-2» // Космонавтика и ракетостроение. 1999. Т. 17. С. 148-158.

6. Soares C., Barsamian H, Rauer S, Thruster plume induced contamination measurements from the PIC and SPIFEX flight experiments // Proceedings of International Symposium on Optical Science and Technology SPIE's 47th Annual Meeting, 2002. P. 225-230.

7. Krylov A.N., Mishina L.V., Skoro-varov A.Yu. On orbit contaminant deposition measurement on Russian orbital stations and on the Russian segment of the International Space Station // 7th European conference for aeronautics and space sciences (Eucass), 3-7 July 2017, Milano, Italy. DOI: 10.13009/EUCASS2017-66.

8. Патент 2149807 С1. Российская Федерация. Способ защиты поверхности космического аппарата от загрязнений, образующихся при дренаже гидравлических магистралей и работе реактивных двигателей, и устройство для его осуществления. Герасимов Ю.И., Мишина Л.В., Приходько В.Г., Ярыгин В.Н.; патентообладатель — Институт теплофизики СО РАН; заявка 99111097/28 от 24.05.1999 г. Опубликовано 27.05.2000 г.

9. Герасимов Ю.И., Ярыгин В.Н. Газодинамические защитные устройства для двигателей ориентации космических аппаратов и орбитальных станций.

Концепция, модельные и натурные эксперименты // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2016. Т. 17. № 4. С. 1-21. Режим доступа: ЫЬр://сквшрку$.

edu.ru/issues/2016-17-4/articlвs/671/ (дата обращения — 15.12.2020 г.). Статья поступила в редакцию 18.09.2020 г. Окончательный вариант — 02.11.2020 г.

Reference

1. Akishin A.I., Dunaev N.M., Konstantinova V.V. Sobstvennaya atmosfera kosmicheskikh apparatov i ee vliyanie na bortovye pribory i tekhnologiyu v kosmose [Spacecraft atmosphere and its impact on onboard instruments and space technology]. Kosmicheskoe materialovedenie i tekhnologiya. Moscow, Naukapubl., 1977. Pp. 65-77.

2. Krylov A.N. Eksperimental'nye issledovaniya sobstvennoi vneshnei atmosfery kosmicheskikh apparatov i stantsii [Experimental studies of the own external atmosphere of spacecraft and stations]. In: Machine engineering. Encyclopedia. V. IV-22. Rocket and space technology. In 2 books. Moscow, Mashinostroenie publ., 2012, book 1, pp. 411-421.

3. Akishin A.I., Zazulin V.S. Kontrol' tolshchiny plenok, poluchaemykh v vakuume, kvartsevym rezonatorom [Controlling the thickness of vacuum-produced films by a quartz resonator]. Pribory i tekhnika eksperimenta, 1963, no. 1, pp. 152-154.

4. Dushin V.K., Krylov A.N., Soares C.E. On-orbit quartz crystal microbalance measurements of molecular deposition on Russian and U.S. Space Stations. Proceedings of 25th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics, 21-28July 2006, Saint-Petersburg, Russia. P. 573-578.

5. Dushin B.K., Krylov A.N., Mishina L.V., Golubev E.N., Belotserkovskii M.B., Pylev V.P. Nekotorye eksperimental'nye rezul'taty izmerenii parametrov sobstvennoi vneshnei atmosfery OS «MIR» v eksperimente «Astra-2» [Some experimental results of measuring parameters of MIR OS own external atmosphere in experiment Astra-2]. Kosmonavtika i raketostroenie, 1999, vol. 17, pp. 148-158.

6. Soares C, Barsamian H., Rauer S. Thruster plume induced contamination measurements from the PIC and SPIFEX flight experiments. Proceedings of International Symposium on Optical Science and Technology SPIE's 47th Annual Meeting, 2002. P. 225-230.

7. Krylov A.N., Mishina L.V., Skorovarov A.Yu. On orbit contaminant deposition measurement on Russian orbital stations and on the Russian segment of the International Space Station. 7th European conference for aeronautics and space sciences (Eucass), 3-7 July 2017, Milano, Italy. DOI: 10.13009/EUCASS2017-66.

8. Patent 2149807 S1. Russian Federation. Sposob zashchity poverkhnosti kosmicheskogo apparata ot zagryaznenii, obrazuyushchikhsya pri drenazhe gidravlicheskikh magistralei i rabote reaktivnykh dvigatelei, i ustroistvo dlya ego osushchestvleniya [A method of spacecraft surface protection against contamination generated during drainage of hydraulic lines and operation of jet engines, and a device for its implementation]. Gerasimov Yu.I., Mishina L.V., Prikhod'ko V.G., Yarygin V.N.; the patent owner — Institut teplofiziki SO RAN; application 99111097/28 of 24.05.1999. Published 27.05.2000.

9. Gerasimov Yu.I., Yarygin V.N. Gazodinamicheskie zashchitnye ustroistva dlya dvigatelei orientatsii kosmicheskikh apparatov i orbital'nykh stantsii. Kontseptsiya, model'nye i naturnye eksperimenty [Gas-dynamic protective devices for attitude control thrusters of spacecraft and orbital stations. Concept, model and full-scale experiments]. Fiziko-khimicheskaya kinetika v gazovoi dinamike, 2016, vol. 17, no. 4, pp. 1-21. Available at: http://chemphys.edu.ru/issues/2016-17-4/articles/671/ (accessed 15.12.2020).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.