Решение проблемы обеспечения температурного режима основных элементов бортового лидара Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Использование космических, средств и технологий для мониторинга окружающей природной среды

связано с ее поворотом вокруг полюса. Поэтому в соседние дни циклические зависимости ОСО от долготы должны отличаться сдвигом на угол поворота за сутки. Между полем ОСО за определенный день и смещенным и повернутым на некоторый угол полем за предыдущий день вычисляется коэффициент корреляции.

/ 4 \ -1» ' . . . ' >

о т*ч I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I о

Временное изменение площади и дефицита массы озона в ВОАА, полученное по спутниковым данным

Наибольшее значение выборочного коэффициента корреляции, достигающее иногда 0,95.. .0,98, соответствует среднему за сутки смещению и повороту поля. Установлено, что в период 1979-1984 гг., примерно за 10 дней до минимума ОСО, скорость зонального переноса масс озона в направлении «экватор-полюс» увеличивается до 18 град/сут., а затем после дня минимума ОСО в течение 7 дней уменьшается в среднем до 6 град/сут. Таким образом, данный результат свидетельствует о том, что динамические процессы атмосферы внесли дополнительный вклад в формирование озоновой дыры над Антарктидой на начальной стадии.

Библиографические ссылки

1. Кашкин В. Б., Романов А. А., Рублева Т. В. Исследование трендов спутниковых оценок общего содержания озона с использованием сингулярного спектрального анализа // Исследование земли из космоса. 2009. № 4. С. 9-16.

2. Bodeker G. E., Shiona H., Eskes H. Indicators of Antarctic ozone depletion // Atmos. Chem. Phys. 2005. № 5. С. 2603-2615.

V. B. Kashkin, T. V. Rubleva, A. V. Osipov, S. A. Seliverstov Siberian Federal University, Russia, Krasnoyarsk

PHENOMENON OF VARIABILITY OF OZONE LAYER IN POLAR REGION

In the work ВОАА parameters are considered they are area, ozone mass deficit, minimum of the total ozone (depth). The speeds of zonal carrying over mass of ozone in the area 60°S - 70°S are considered on the basis of satellite ozone data and by means of correlation-extreme algorithm. It is established that during 1979-1984 dynamic processes of atmosphere have brought the additional contribution to the ozone hole formation over Antarctica.

© Кашкин В. Б., Рублева Т. В., Осипов А. В., Селиверстов С. А., 2010

УДК 629.7.05

В. А. Лапшина, П. А. Чертыковцев

Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева (Национальный исследовательский университет), Россия, Самара

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ БОРТОВОГО ЛИДАРА

Для мониторинга атмосферы и поверхности земли на борту летательного аппарата используются лида-ры, основными элементами которых является лазер и инфракрасные приемники (ИК-приемники). Проведен анализ существующих способов охлаждения лазера и ИК-приемника на борту летательного аппарата, а также анализ их характеристик, на основе чего выбраны оптимальные системы.

В современных летательных аппаратах авиационного и космического назначения все более широкое применение находят различные оптико-электронные системы (ОЭС) и устройства навигационного, исследовательского и боевого назначения. Лазерные дальномеры, прицелы, системы наведения, лидары, гироскопы - вот далеко не полный перечень устройств, основным элементом которых является оптико-электронный прибор.

Для мониторинга атмосферы и поверхности земли на борту летательного аппарата (ЛА) используются такие ОЭС, как лидары, основными элементами которых является лазер и инфракрасные приемники (ИК-приемники).

Lidar (Light Detection and Ranging) - это измерительный комплекс для получения и обработки информации об удаленных объектах с помощью активных оптических систем, использующих явления от-

Решетневские чтения

ражения света и его рассеяния в прозрачных и полупрозрачных средах.

Принцип действия ЛИДАРа не имеет больших отличий от радара: направленный луч источника излучения отражается от целей, возвращается к источнику и улавливается высокочувствительным приемником (светочувствительным полупроводниковым прибором); время отклика обратно пропорционально расстоянию до цели.

Выбор системы отвода тепла лазера и ИК-приемника лидара, а также ее оптимизация применительно к ботовым ОЭС ЛА является важным и крайне необходимым аспектом доводки подобных систем перед летными испытаниями.

В работе были рассмотрены и проанализированы системы охлаждения основных элементов бортового лидара.

В настоящее время для охлаждения ОЭС могут использоваться следующие системы обеспечения температурного режима (СОТР):

- системы охлаждения, использующие забортный воздух;

- дроссельные системы охлаждения;

- термомеханические системы охлаждения;

- системы охлаждения с жидким криагентом;

- системы охлаждения с делящей вихревой трубой;

- системы охлаждения с термоэлектрическими элементами.

В состав бортового лидара входит СО2-лазер, который имеет мощность излучения около 30 Вт и КПД около 6 %. Соответственно, полная подводимая мощность составит величину около 500 Вт. Как было сказано выше, лазер имеет встроенную систему

охлаждения, рассчитанную на температурный уровень около 293 К, и поэтому задача заключается в поиске и выборе оптимальной СОТР существующего контура.

Учитывая экспериментальные данные, отражающие повышение мощности СО2-лазера при уменьшении температуры охлаждения ниже 273 К, были проведены расчеты основных энергетических и массовых характеристик систем обеспечения температурного режима, определены зависимости отношения мощности излучения к массе лазерного комплекса от температуры охлаждения.

В ходе работы был произведен выбор оптимальной системы охлаждения лазерного бортового комплекса. Расчеты показали, что таковой является система охлаждения на основе вихревой трубы. Предварительный эксергетический расчет показал, что максимально возможный эксергетический КПД имеет именно этот вид СОТР (з СГ = 3,3 %).

Для охлаждения ИК-приемников излучения объективно полезным и своевременным будет применение баллона с криогенной заправкой, так как он может удовлетворять существующим технологиям использования компримированных газов и криогенных жидкостей, увеличить время функционирования системы (в 1,5.. .2 раза), сэкономит время и затраты энергии на заправку.

Таким образом, можно сказать, что на данном этапе исследований для охлаждения лидара, установленного на борту летательного аппарата, наиболее эффективным будет использование СОТР на основе вихревой трубы для СО2-лазера и применение дроссельной системы на основе баллона с криогенной заправкой для ИК-приемника.

V. A. Lapshina, P. A. Chertykovtsev Samara State Aerospace University named after academician S. P. Korolyov (National Research University), Russia, Samara

THE PROBLEM SOLUTIONN OF TEMPERATURE MODE MAINTENANCE OF BASIC ELEMENTS OF VEHICLE ONBOARD LIDAR

A vehicle onboard LIDARs are used for monitoring of atmosphere and surface of the earth. The basic elements of LIDARs are the laser and infra-red receiver (IR-receiver). In this work the analysis of existing ways of laser and IR-receiver cooling on aircraft board is carried out. The analysis of characteristics of this ways is also carried out, on its basis the best systems are chosen.

© Лапшина В. А., Чертыковцев П. А., 2010