CC BY
47Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических.аппаратов
УДК 629.78.023.222:533.599
С. Д. Крючек, В. А. Харламов
ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск
МОДЕРНИЗАЦИЯ УСТАНОВКИ ВАКУУМНОГО НАПЫЛЕНИЯ ДЛЯ ЛАБОРАТОРНОЙ ОТРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Представлена модернизация установки вакуумного напыления УВН-71П-3, предназначенной для лабораторной отработки технологии нанесения терморегулирующих покрытий. В установке смонтирована магне-тронная система напыления, снабженная источником питания, работающем на частоте 13,2 кГц. Установлены датчики температуры и сопротивления, прецизионная система напуска газа СНА-2, измеритель толщины и скорости напыления пленок «Микрон-5».
Более 70 % поверхности космического аппарата (КА) защищено терморегулирующими покрытиями (ТРП), которые устанавливают баланс между выделением тепла внутри КА, энергией, поглощаемой из космоса, и энергией, излучаемой в космическое пространство. В основном, ТРП представляют собой тонкие пленки металлов, диэлектриков или полупроводников толщиной от нескольких десятков до сотен нанометров, нанесенные на стекло или полимерные подложки. Толщины, порядок и состав слоев определяются необходимыми характеристиками изготавливаемого покрытия.
Нанесение покрытий из сплавов металлов, электропроводных соединений с нестехиометричным составом испарений в вакууме затрудняется тем, что у каждого химического элемента, входящего в состав материала давление пара и скорость испарения различны. Магнетронный способ нанесения покрытий позволяет наносить покрытия, состав которых соответствует составу распыляемой мишени, а в случае использования в качестве плазмообразующего газа кислорода, азота и т. д., дает возможность осаждать пленки оксидов, нитридов и др. Сущность метода магнетронного распыления заключается в том, что газ, вводимый в вакуумную камеру через натекатель до давления ~10-3 мм рт. ст. ионизируется под действием движущихся электронов, эмитируемых катодом, находящимся в электрическом поле между мишенью (катодом) и вакуумной камерой (анодом). Движение электронов обусловливается магнитным полем, созданным системой магнитов, расположенных под мишенью. Ионизированые частицы газа бомбардируют мишень, выбивая из нее атомы материала, которые попадают на подложку. Энергия попадающих на подложку атомов обеспечивает высокую адгезию осаждаемой пленки. Недостатком метода является низкая скорость распыления, а также возможные примеси в составе осаждаемой пленки, вносимые примесями рабочего и остаточного газа [1].
Для отработки технологии нанесения покрытий магнетронным методом в ОАО «ИСС» была проведена модернизации вакуумной установки напыления УВН-71П-3. В рабочей зоне камеры была смонтирована планарная магнетронная система распыления с размерами мишени 175*90*7 мм. Отличительной
особенностью установленной магнетронной системы является возможность смены распыляемой мишени вращением магнетрона.
Скорость вращения подложкодержателя регулируется от 50 до 100 об/мин. Расстояние от подложки до мишени составляет 150 мм, оно может регулироваться в пределах от 80 до 200 мм. Между мишенью и подложкой установлен кварцевый датчик измерителя толщины напыляемого покрытия «Микрон-5». К подложкам подведены датчики измерения электрического сопротивления и терморезисторы для измерения температуры. Для питания магнетрона использовали блок питания постоянного тока MPS 15/10 PC, выдающий пульсирующий ток с частотой 13,2 кГц. Номинальное выходное среднее напряжение блока питания при среднем токе 15 А на активную нагрузку составляет 700 В. В блок входит схема стабилизации тока, напряжения и мощности разряда, устройства ду-гогашения и защиты от короткого замыкания. Для напуска газа в камеру изготовлен газовый пульт с возможностью одновременной подачи 2-х газов. В качестве точной системы газонапуска использовали нате-катель СНА-2. Подача газа в камеру осуществлялась через трубку-анод из нержавеющей стали с отверстиями, расположенными вблизи мишени. Режимы напыления алюминия и нихрома указаны таблице. График зависимости скорости напыления алюминия от тока на катоде показан рисунке. Наблюдается линейная зависимость скорости напыления от тока, описываемая функцией J = 0,64 • I.
Режимы нанесения покрытий магнетронным методом на УВН-71П-3
Материал мишени Напряжение разряда, В Ток разряда в газе, А Поток газа, мкА Скорость нанесения, мкм/ч
Алюминий 230 2,5 130 1,6
Нихром 260 4 120 1,8
Снабженная магнетронной распылительной системой установка УВН-71П-3 позволяет отработать нанесение многослойных структур с заданными характеристиками. Чередующиеся слои покрытия могут быть металлами, оксидами, нитридами и др.
Решетневские чтения
График зависимости скорости напыления алюминия от тока
Системы контроля температуры, электрического сопротивления и скорости напыления позволяют следить за состоянием подложки в процессе напыления. Использование возможностей усовершенствованной установки УВН-71П-3 дает возможность исследования и отработки технологии нанесения новых и существующих ТРП, повышающих САС КА.
Библиографическая ссылка
1. Кузьмичев А. И. Магнетронные распылительные системы // Введение в физику и технику магне-тронного распыления. Киев : Аверс, 2008.
S. D. Kryuchek, V. A. Harlamov JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk
UPGRADING OF THE VACUUM COATER FOR LABORATORY ADJUSTMENT OF THE TECHNOLOGIES OF SPACECRAFT TEMPERATURE-CONTROLLING
COATING MANUFACTURING
Upgrading of the vacuum coater «UVN-71P-3» designed for laboratory adjustment of the technologies of temperature-controlling coating manufacturing is presented. The coater has a magnetron coating system that is supplied with a power unit working at the frequency of 13, 2 KHz. Temperature, resistance sensors, precision system of gas puffing «SNA-2», thickness and coating speed measuring system «Micron-5» are installed.
© Крючек С. Д., Харламов В. А., 2010
УДК 629.78.08.018
А. А. Купцов
ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СИСТЕМА ИМИТАЦИИ НЕВЕСОМОСТИ
Рассматривается система обезвешивания для контроля работоспособности, определения весовой составляющей, стабильности работы и сборки крупногабаритных трансформирующих конструкций.
Увеличение срока активного существования спутников связи с одновременным повышением требований к их функциональным характеристикам выдвинули на первый план вопросы обеспечения качества изделий.
В данной статье затронута важная и актуальная тема - проблема обеспечения работоспособности в течение длительного времени и стабильности параметров гибких, трансформирующих конструкций КА в целом на этапах его изготовления и испытания.
Производство космических аппаратов с длительным сроком активного существования - наукоемкий и высокотехнологичный процесс, требующий наличия на предприятии системы качества. Каждый элемент конструкции всех систем должен обеспечить безотказное функционирование космического аппарата связи в течение заданного срока активного существования. Как показывает опыт эксплуатации спутников связи на орбите и длительных ресурсных испытаний, живучесть спутника во многом зависит от работоспособности всех систем и их элементов, обеспечиваю-
щих штатные функциональные параметры. Для изготовления космических аппаратов с гарантированным сроком активного существования свыше 17 лет необходимо усовершенствование существующих методов испытаний.
Предполагаемое устройство имитации невесомости ориентировано на различные скорости движения обезвешиваемого элемента, а также имеет возможность удерживать элемент (конструкцию в целом) в обезвешенном состоянии.
Задача. Анализ конструктивных схем изделий позволил сформулировать ряд требований для стенда, таких как компенсация весовой составляющей в процессе раскрытия и складывания трансформируемых конструкций; измерить фактические моменты сопротивления раскрытия индивидуально по каждой спице в любой точке ее траектории, усилие, создаваемое формообразующей структурой и сетеполотном (для антенны); провести контроль с записью параметров, например, в виде графика и задать скорость, угол отклонения троса (по любому закону).
