Учет индикатрисы распыления материалов при оценках эрозионно-загрязняющего воздействия плазмы стационарных плазменных двигателей на элементы конструкции космических аппаратов Текст научной статьи по специальности «Физика»

Решетневские чтения

УДК 629.78.018.3:533.6:621.396.67

В. А. Смирнов, И. А. Максимов, С. Г. Кочура

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

А. Б. Надирадзе, В. В. Шапошников Московский авиационный институт (Государственный технический университет), Россия, Москва

УЧЕТ ИНДИКАТРИСЫ РАСПЫЛЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ОЦЕНКАХ ЭРОЗИОННО-ЗАГРЯЗНЯЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПЛАЗМЫ СТАЦИОНАРНЫХ ПЛАЗМЕННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Рассмотрен подход повышения точности оценок эрозонно-загрязняющего воздействия плазмы стационарных плазменных двигателей на элементы конструкции космических аппаратов посредством учета индикатрисы распыления материалов. Описан эксперимент по определению индикатрисы распыления одного из конструкционных материалов - ленты Л1-ПМ. Представлены результаты сравнительного анализа расчетных уровней загрязнения радиатора системы терморегулирования перспективной унифицированной спутниковой платформы «Экспресс-1000» с учетом и без учета индикатрисы распыления.

В связи с возрастающими требованиями к целевым характеристикам и энерговооруженности космических аппаратов (КА) и при наличии ограничений на увеличение массогабаритных характеристик конструктивно-компоновочные схемы современных КА существенно «уплотняются». В результате, возрастает эрозионное воздействие струй стационарных плазменных двигателей (СПД) на элементы конструкции КА и, как следствие, загрязнение критичных поверхностей КА продуктами эрозии.

Критичной поверхностью, наиболее загрязняемой продуктами эрозии, является терморегу-лирующее покрытие (ТРП) радиатора системы терморегулирования (СТР). Для парирования загрязняющего воздействия продуктов эрозии необходимо увеличивать площадь ТРП. Так, парирование деградации коэффициента поглощения ААХ, равной 0,01, требует увеличения площади ТРП приблизительно на 0,5 м2. Очевидно, что это влечет увеличение массы и габаритов КА.

В этой ситуации возрастает важность повышения точности оценок эрозионно-загрязняющего воздействия плазмы СПД как способа предотвращения неоправданного увеличения массы КА. Одним из подходов повышения точности оценок эрозионно-загрязняющего воздействия плазмы СПД является учет индикатрисы распыления материалов поверхностей КА, попадающих в плазменные струи СПД.

Рассмотрим характерные индикатрисы распыления материала при различных углах падения ионов с энергиями около 200 эВ (рис. 1).

При скользящих углах падения, которые обычно реализуются при воздействии струй СПД

на элементы конструкции КА, учет индикатрисы распыления позволяет существенно снизить расчетные величины потока осаждения по сравнению с моделью косинуса.

а

I.; I

г <

б

Рис. 1. Индикатриса распыления для двух углов падения ионов:

а - 0°; б - 45°

Был проведен эксперимент по определению индикатрисы распыления (рис. 2).

В струю двигателя СПД М70 под некоторым углом 9 помещались два образца исследуемого материала: образец 1 и 2. Образец 1 использовался для определения коэффициента распыле-

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космическихаппаратов

Эффективность учета индикатрисы распыления материалов поверхностей КА, попадающих в плазменные струи СПД, как подхода повышения точности оценок эрозионно-загрязняющего воздействия плазмы СПД, которое в свою очередь позволяет предотвратить неоправданное увеличение массы и габаритов КА, демонстрируется на примере результатов расчетов уровней загрязнения ТРП радиатора СТР перспективной унифицированной спутниковой платформы «Экспресс-1000», разработанной в ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева». Расчеты были проведены с использованием программного комплекса TurboDESIGN 7.0 (разработанного в МАИ), в модельно-методический аппарат которого интегрированы результаты описанного выше эксперимента по определению индикатрисы распыления одного из конструкционных материалов КА - полиимидной ленты Л1-ПМ.

V. А. Smirnov, I. A. Maximov, S. G. Kochura JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk

A. B. Nadiradze, V. V. Shaposhnikov Moscow Aviation Institute (State Technical University), Russia, Moscow

INDICATRIX ACCOUNT OF MATERIALS DISPERSION AT THE ESTIMATIONS OF EROSION-CONTAMINATING PLASMA INFLUENCE OF THE STATIONARY PLASMA THRUSTERS ON THE SPACE CRAFT STRUCTURE ELEMENTS

The approach to estimate accuracy increase of the erosion-contamination plasma influence of the stationary plasma thrusters on the space craft structure elements by means of indicatrix account of materials dispersion is investigated in the report. The experiment on the dispersion indicatrix definition of one of the constructional material - L1-PM ribbon is described in the article. The results of the comparative analyses of the radiator contamination predicted levels of the Thermal Control System of the perspective unified «Express-1000» satellite platform with account and without account of the dispersion indicatrix are presented in the report.

© Смирнов В. А., Максимов И. А., Кочура С. Г., Надирадзе А. Б., Шапошников В. В., 2009

ния материала весовым методом. Образец 2 использовался для определения индикатрисы распыления по изменению коэффициента пропускания стеклянных пластин, установленных над образцом.

Рис. 2. Схема эксперимента по определению характеристик осаждения продуктов распыления