CC BY
20Решетневскуе чтения. 2017
УДК: 621.3.036.662
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЕЙ ПОВЫШЕННОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НЕГЕРМЕТИЧНОГО КОНСТРУКТИВНОГО ИСПОЛНЕНИЯ
Н. В. Луконин1*, Г. В. Дмитриев, П. С. Морозов, И. Я. Шестаков2
1 АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 2Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: nik-ip@yandex.ru
Рассмотрен новый способ изготовления электронагревателей, выполняемый методом фотолитографии и травлением резистивного слоя, позволяющий изготавливать гибкие плёночные электронагреватели различных форм и размеров, с использованием материалов, производимых отечественной промышленностью, с уменьшенными массо-габаритными показателями и повышенными рабочими показателями.
Ключевые слова: космический аппарат, система терморегулирования, электронагреватель, температурный режим, фотолитография.
METHOD OF MANUFACTURING ELECTRIC HEATERS OF HIGH EFFICIENCY
OF UNPRESSURIZED DESIGN SPACECRAFT
N. V. Lukonin1*, G. V. Dmitriev1, P. S. Morozov1, I. Y. Shestakov2
1JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation
2Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: nik-ip@yandex.ru
The article considers a new method of electric heaters production manufactured by a photolithography method and resistive layer etching that allows to produce flexible film heaters of various shapes and sizes, reduced mass-dimensional factor and higher operational performances using materials manufactured by the domestic industry.
Keywords: spacecraft, thermal control system, electric heating, temperature control, photo process.
Конструкция современных космических аппаратов (КА) в негерметичном исполнении накладывает особые требования к системе терморегулирования (СТР), которая должна обеспечить поддержание его систем в работоспособном состоянии в течение срока активного существования (САС) при воздействии условий космического пространства со значительным перепадом температур. Обеспечение температурного режима работы аппаратуры и узлов КА в заданном температурном диапазоне, поддержание баланса между получаемой тепловой энергией и её отдачей, с перераспределением тепловой энергии между конструкциями аппарата является важной технической задачей [1].
Повышенные требования к СТР налагают и особые требования к активным исполнительным устройствам СТР - электронагревателям (ЭН), и их техническим характеристикам (ТХ). Технические требования к характеристикам перспективных ЭН [2].
С целью получения ЭН с необходимыми ТХ в АО «ИСС» в 2011-2016 годах проведены работы по выбору перспективных материалов, производимых отечественной промышленностью, и отработке новых технических решений, которые могут быть применены при изготовлении ЭН в условиях действующего
производства. Для решения задачи разработан способ изготовления ЭН с помощью метода фотолитографии и травления резистивного слоя для получения необходимого рисунка проводников, прессованием слоев, пайкой токовыводов, проведением испытаний, не имеющий аналогов [3].
Для проверки соответствия конструкторско-технологических, технических и эксплуатационных характеристик ЭН требованиям, предъявляемым к ресурсу, надежности, эффективности ЭН нового поколения к использованию в составе КА негерметичного конструктивного исполнения проведены испытания, подтверждающие работоспособность ЭН в установленном состоянии. На рис. 1 представлен один из ЭН типоразмерного ряда изделия, установленный с помощью клея на сотовую панель КА для проведения испытаний.
Данный ЭН обеспечил выделение удельной номинальной тепловой нагрузки 2,2 Вт/см2 при перепаде температур между ЭН и обогреваемой поверхностью ДТ = 50 °С, и выделение удельной тепловой нагрузки 2,85 Вт/см2 при ДТ = 65 °С. На рис. 2 представлено температурное поле ЭН при тепловой нагрузке 2,85 Вт/см2.
Проектирование и производство летательных аппаратов, космические исследования и проекты
Рис. 1. Внешний вид установленного ЭН
Рис. 2. Температурное поле ЭН при тепловой нагрузке 2,85 Вт/см2
Использование фотопроцесса для создания рисунка резистивного слоя и химической реакции удаления металла позволяют изготавливать слои различных геометрических форм и размеров без использования механических приспособлений [4], в том числе с шириной проводников менее 0,5 мм, с расстоянием между проводниками менее 0,5 мм, что позволяет реали-зовывать различные конструкции ЭН с требуемыми ТХ, с возможностью «горячего» и «холодного» резервирования функции нагрева. В качестве основных конструкционных материалов выбраны отечественные материалы: гибкая стеклоткань (возможно применение полиимида), константан или нихром, провода с фторопластовой изоляцией (возможны и другие), оловянно-свинцовый припой или низкотемпературный серебросодержащий припой.
С целью повышения эффективности и расширения возможностей применения ЭН в качестве резистивно-го слоя проработано применение тонкой фольги из сплава с высоким электрическим сопротивлением марки Х20Н80 (нихром) [5], что вдвое увеличивает сопротивление ЭН при той же ширине дорожки (по сравнению с константаном), и обеспечивает переход на питание ЭН по шине 100 В.
Вариант отработанного ЭН с резистивным слоем из нихрома приведен на рис. 3.
Новый способ может быть использован для изготовления ЭН различных конструкций, форм и свойств: гибких, плоских, гибко-плоских, трехмерных форм, с заданным уровнем технологичности и качества при создании современных и перспективных КА.
Рис. 3. Гибкий плёночный ЭН с двукратным резервированием
Библиографические ссылки
1. Луконин Н. В., Шестаков И. Я. Способ изготовления гибко-плоских электронагревателей космических летательных аппаратов // Решетнёвские чтения : материалы Х1Х Междунар. науч.-практ. конф. Красноярск, 2015.
2. Луконин Н. В., Шестаков И. Я., Шевердов В. Ф. Электронагреватели космических аппаратов // Современное состояние науки и техники : материалы Меж-дунар. науч.-практ. конф. Сочи, 2016.
3. Пат. Российская Федерация 2602799. Способ изготовления гибко-плоского электронагревателя / Луконин Н. В., Полякова Г. В., Шушерина Г. П., Снытко Д. В. 2016.
4. Низкотемпературный электронагрев / Альтгау-зен А. П., Гутман М. Б., Малышев С. А. и др. М. : Энергия, 1978.
5. Федотов А. Я., Поль Г. Фотолитография и оптика. М. : Советское радио, 1974.
References
1. Lukonin N. V., Shestakov I. Y. A method of manufacturing a flexible flat heaters spacecraft // Proceedings of the XIX International scientific-practical conference "Resetdevice reading". Krasnoyarsk, 2015.
2. Lukonin N. V., Shestakov I. Y., Sheverdov V. F. Electric spacecraft // Materials of International scientific-practical conference "Current state of science and technology". Sochi, 2016.
3. Patent of the Russian Federation 2602799. A method of manufacturing a flexible flat heaters», Lukonin N. V., Polyakova G. V., Shusherina G. P., Snytko D. V. 2016.
4. Low-temperature electric heating / A. P. Altgauzen, M. B. Gutman, S. A. Malyshev et al. M. : Energiya, 1978.
5. Fedotov A. Y., Paul G. Photolithography and optics. M. : Soviet radio, 1974.
© Луконин Н. В., Дмитриев Г. В., Морозов П. С., Шестаков И. Я., 2017
