Стабильность терморегулирующих покрытий к воздействию повреждающих факторов космического пространства на орбите высотой 20 000 км Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Проектирование и производство летательных аппаратов, космические исследования и проекты

УДК 629.78.023.222

М. М. Полевщиков, Р. А. Ермолаев

ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск

СТАБИЛЬНОСТЬ ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ К ВОЗДЕЙСТВИЮ ПОВРЕЖДАЮЩИХ ФАКТОРОВ КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА НА ОРБИТЕ ВЫСОТОЙ 20 000 КМ

Представлены результаты исследования изменения коэффициента поглощения (А¡¡) терморегулирую-щих покрытий под воздействием повреждающих факторов космического пространства на орбите высотой 20 000 км.

Исследование стабильности терморегулирующих покрытий (ТРП) к воздействию повреждающих факторов космического пространства (ПФКП) на орбите является одним из ключевых факторов в проектировании космических аппаратов (КА) в части состава и габаритно-весовых характеристик радиаторов подсистемы терморегулирования, радиаторов приборов и узлов КА, экранно-вакуумной теплоизоляции и т. д.

Цель исследования стабильности ТРП - определение изменения коэффициента поглощения солнечного излучения (А^) в течение всего срока активного существования (САС) КА на орбите (далее - деградация ТРП). При этом коэффициент излучения ТРП (Еп) считается постоянным или меняющимся незначительно [1]. Выбор типового исполнения ТРП для конструкций радиаторов во многом определяется отношением Ах/Е„ и условиями эксплуатации КА.

Летные испытания ТРП являются наиболее достоверными и проводятся в ОАО «ИСС» уже более 35 лет. В основном подобные эксперименты проводились на геостационарной орбите (ГСО) высотой 36 000 км и высокоэллиптических орбитах. Впервые на средневысотной круговой орбите (СКО) высотой 20 000 км космический эксперимент по исследованию деградации ТРП был начат в конце 2003 г.

В данной статье представлены результаты исследования деградации ТРП на СКО высотой 20 000 км. Типовое исполнение ТРП соответствует классу «солнечный отражатель»: ОСО-С (оптический солнечный отражатель с серебром, AJEn = 0,1). Также летным испытаниям подвергаются и две модификации данного ТРП: ОСО-С-100 (облегченный вариант) и ОСО-С-ЭП (с электропроводным внешним слоем).

Условия эксплуатации для трех ТРП идентичны. Электромагнитное излучение (ЭМИ) Солнца на СКО постоянно уменьшается по нормали к поверхности ТРП. Критичная для ТРП доза УФ-излучения (эквивалентные солнечные сутки - ЭСС) обозначается как сутки полета КА. На ГСО доза УФ-излучения определяется делением количества суток полета на п.

При расчетах текущего значения Ах ТРП учитывалось сезонное изменение потока солнечного излучения согласно [2]. Его расчетная величина соответствует данным [3] в пределах погрешности ±1 %. Про-

должительность сидерического земного года взята равной 365,256 4 суткам [4].

Рассмотрим экспериментальные данные изменения коэффициента поглощения d^ и прогнозы его изменения на срок эксплуатации до 15 лет (см. таблицу).

Для 5475 ЭСС наименьшую деградацию имеет покрытие ОСО-С на СКО. Это связано с тем, что на ГСО, по сравнению с СКО, воздействие частиц протонов и электронов малых энергий более сильное и более длительное. Для 5475 ЭСС разница в деградации для СКО и ГСО ТРП ОСО-С составляет 17 %.

На начальном этапе эксплуатации (до 5 лет) динамика деградации ТРП ОСО-С-ЭП более низкая по сравнению с ОСО-С, что говорит о том, что электропроводный внешний слой защищает покрытие от повреждения и загрязнения. Деградация радиационно-стойких покрытий в основном определяется уровнем загрязнения покрытия, которое оно получает в процессе эксплуатации. При эксплуатации свыше 5 лет деградация усиливается, показывая увеличившееся влияние загрязнения на ТРП. ТРП ОСО-С-100 имеет меньший вес по сравнению с ОСО-С, а деградация на 57 % выше для 5475 ЭСС на СКО. Такое различие необходимо учесть при проектировании радиаторов подсистемы терморегулирования КА с покрытием ОСО-С-100.

В настоящий момент космические эксперименты на высоте 20 000 км продолжаются. Испытываются основные типовые исполнения ТРП и их модификации, применяемые в ОАО «ИСС».

Библиографические ссылки

1. Tenditny V. A., Smirnov-Vasiliev K. G., Yevkin I. V., Mironovich V. V. Laboratory and in-flight tests of spacecraft thermal control coating degradation // Proceedings of the 6th International Symposium on Materials in Space Environment, ESTEC Noordwijk, The Netherlands. 19-23 September, 1994.

2. Аллен К. У. Астрофизические величины. М. : Мир, 1977.

3. Модель солнечного излучения. Руководящий технический материал. Л. : ГОИ им. С. И. Вавилова, 1979.

4. Коротцев О. Н. Астрономия для всех. СПб. : Азбука-классика, 2008.

Решетневскце чтения

Результаты космических экспериментов по определению стабильности ТРП ОСО-С, ОСО-С-100 и ОСО-С-ЭП к воздействию ПФКП на СКО высотой 20 000 км и ГСО

ТРП Орбита Н, ЭСС (годы полета СКО/ГСО)

730 (2,0/6,3) 1 095 (3,0/9,4) 1 825 (5,0/15,7) 2 740 (7,5/23,5) 3 650 (10,0/31,4) 5 475 (15,0/47,1)

+d4„ %

ОСО-С ГСО 126 152 187 216 234 257

ОСО-С СКО 117* 141* 174* 196* 218 240

ОСО-С-100 СКО 132* 161* 202* 232 263 297

ОСО-С-ЭП СКО 97* 122* 146 175 235 289

* Значение d4„ достигнутое при эксперименте

M. M. Polevscshikov, R. A. Ermolaev JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk

THE STABILITY OF THERMAL CONTROL COATINGS TO INFLUENCE OF DAMAGING SPACE FACTORS IN ORBIT OF ALTITUDE 20 000 KM

The results of change of absorptance (As) thermal control coatings (TCC) under the influence of damaging space factors (DSF) in orbit of altitude 20 000 km are presented

© Полевщиков М. М., Ермолаев Р. А., 2012

УДК 539.3(075.8)

Р. А. Сабиров, А. В. Быков

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ИЗГИБ ПЛАСТИНЫ В СОСТОЯНИИ ПЛОСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ

Исследуется модель изгибаемой пластинки Кирхгофа, когда в физических уравнениях нормальные к базисной поверхности напряжения не принимаются нулевыми. Прогибы такой модели отличаются от прогибов классической модели пластинки.

В технике известны ситуации, когда на пластинку действуют нормальные нагрузки на обеих лицевых поверхностях (рис. 1). В классической модели изгиба тонких пластин Кирхгофа безразлично, на какой поверхности действуют эти нагрузки - их прикладывают к базисной поверхности (базисная поверхность располагается в плоскости Оху ; ось г - нормальная ось к базисному слою). Гипотеза о неизменности длины прямолинейного элемента ег (х, у, г) = 0 дает V = w(х,у), здесь V есть прогиб. Предположение о малости нормального к базисной поверхности напряжения стг, полагает стг = 0 в законе Гука и обеспечивает плоское напряженное состояние. Приняв в физических уравнениях стг Ф 0, обретаем условие плоской деформации:

E

1 -m

/ \ 1 + 2 m

-(ex +miS )-E1"-Т а Т (x, y, z )

1-М-1

E

xy

2(1+ m1

xy

E1 / \ 1 + 2U.i

s y =-—2 (e y +m:e x )- E1~—1 а T ( x, y z) =

1 -m, ' 1 -m,2

y

E =

E

1+2mi

v

m

i—2, m1 =, , 1-m2 1-m

где Е - модуль Юнга; т - коэффициент Пуассона; а - коэффициент линейного расширения; Т - функция изменения температуры.

£П

ш

Ii

шш-

Рис. 1. Элемент пластинки и ее прогиб: нагрузки д + (х,у) и д- (х, у), приложеные на верхней и нижней поверхностях, дают напряжения ст г

ст

z