Способ проведения тепловых испытаний изделий в условиях, эквивалентных марсианским

 

Изобретение относится к технологии наземной отработки в термобарокамерах марсоходов и других изделий, предназначенных для эксплуатации на поверхности Марса, а именно к способам моделирования их температурного режима. Способ проведения тепловых испытаний изделия в условиях, эквивалентных марсианским, заключается в имитации натурных тепловых потоков, температуры давлений преимущественно низких, T≅ 153K , 0,3 - 1,0 кПа газовой среды в теплобарокамере. При этом испытания проводят в среде сухого воздуха. 1 табл.

Изобретение относится к способам наземной отработки (в термобарокамерах) температурных режимов работы и пребывания изделий на поверхности Марса, в частности марсоходов.

Атмосфера над поверхностью Марса на 95% состоит из двуокиси углерода (СО₂), при этом давление составляет Р = (0,3-1,0) кПа (при возможных отклонениях ±6 км от нулевого уровня Н_о высоты, при котором Р_о= = 0,6 кПа), а температура достигает значений Т_кр ≈ 153 К (минимальная температура существования газообразной фазы СО₂) и ниже.

При имитации указанных условий в термобарокамере с целью проведения тепловых (климатических) испытаний изделий воспроизведение необходимых низких температур, а также давления и состава газовой среды затруднены (а в ряде случаев невозможны) в связи с явлением десублимации (т. е. конденсации в твердое агрегатное состояние, вымораживания) СО₂ на криоэкранах, подводах хладагента и других захолаживаемых жидкими газами деталях термобарокамеры при Т < Т_кр.

В связи с указанными трудностями, изделия испытывают в среде СО₂, но при несколько повышенных температурах, захолаживая криоэкраны парами жидкого хладагента (LN₂), а не жидкой его фазой LN₂ [2] , или осуществляют принудительный нагрев зон с Т ≅ Т_кр. Используемый для создания атмосферы в камере газ (в баллоне) содержит не менее 95% СО₂. Иногда его дополнительно очищают вымораживанием с последующим нагревом.

Известен способ проведения тепловых испытаний изделий в условиях, эквивалентных марсианским, заключающийся в имитации натурных тепловых потоков, температур, состава и давлений газовой среды в термобарокамере.

В числе недостатков следует отметить зависимость материально-технического обеспечения испытаний от поставок очищенного (пищевого, технического и т. д. ) сжатого газа СО₂. При полезности и эффективности известного способа указанные его недостатки проявляют таким образом резервы дальнейшего улучшения условий испытаний.

Цель изобретения - улучшение условий испытаний путем исключения вероятности десублимации газа, уменьшение фоновых тепловыделений и расхода хладагента, а также повышение экономичности и автономности испытаний.

Цель достигается тем, что в способе проведения тепловых испытаний изделий в условиях, эквивалентных марсианским, заключающимся в имитации натурных тепловых потоков, температур и давлений газовой среды в термобарокамере, испытания проводят в среде сухого воздуха.

Конкретным примером реализации заявляемого способа могут служить испытания теплового макета фрагмента мотор-колеса марсохода (ТМФМК). При этом может использоваться любая термобарокамера с рабочим объемом не менее 0,25 м³, без средств защиты от десублимации (т. е. без нагревателей на криоэлементах) или с ними, но без их использования.

Камеру с установленным в ней ТМФМК герметизируют и заполняют (от любого источника, в том числе организованной здесь же любой установки с насосом и осушителем воздуха) сухим воздухом до заданного давления Р_к. Конкретная величина (или диапазон величин) Р_к соответствует принятой (известной) на данный момент величине (или диапазону величин) Р давления марсианской атмосферы. В соответствии с принятой инженерной моделью Марса Р = = (0,3-1,0) кПа. Соответственно P_к= Р= (0,3-1,0) кПа.

На этом подготовительные операции завершаются (подготовлены условия испытаний) и проводят собственно испытания: включают внешние излучатели (имитаторы тепловых потоков: солнечного излучения, планетного излучения и т. д. ) и источники тепловыделения в ТМФМК по заданной циклограмме, имитируя тем самым натурные тепловые потоки и температуру (криоэкранов, посадочных мест и т. д. ) в термобарокамере. При этом продолжают поддерживать (регулировать) заданное давление Р_к путем частичной откачки камеры или дополнительного напуска сухого воздуха в камеру. Как следует из сравнения экспериментальных данных (см. табл. ) для двух различных сред, температурный режим ТММК как результат его тепловых испытаний в данных условиях практически не отличается в пределах точности измерения температуры ± 2 ^оС (К) от аналогичного режима в среде сухого воздуха. Однако более низкая в сравнении с СО₂ вне диапазона марсианских температур температура десублимации (конденсации) сухого воздуха исключает вероятность этого явления в процессе испытаний. Не требуется подогрев поверхностей, омываемых LN₂. Как следствие этого, улучшается тепловой фон камеры и снижается расход жидкого хладагента. Замена СО₂ сухим воздухом обусловливает повышение экономичности (снижения стоимости) испытаний. Большая доступность получения сухого воздуха в сравнении с СО₂ в частности возможность получения его в лабораторных условиях и даже с использованием того же стенда, на котором испытывают объект, определяет экономичность испытаний.

Приведенный пример с использованием в качестве объекта испытаний (ТММК) достаточно сложного и характерного изделия позволяет предположить достижение аналогичного технического результата при использовании заявляемого способа и для других изделий космической техники, предназначенных для функционирования на поверхности Марса. (56) Инженерная модель Марса МА-871. - М. : ИКИ РАН, 1987.

Планетоходы Под ред. А. Л. Кемурджиана. - М. : Машиностроение, 1982, с. 319, 253-257.

Формула изобретения

СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ В УСЛОВИЯХ, ЭКВИВАЛЕНТНЫХ МАРСИАНСКИМ, заключающийся в имитации натурных тепловых потоков, температур и давлений газовой среды в термобарокамере, отличающийся тем, что испытания проводят в среде сухого воздуха при давлении от 0,3 до 1,0 кПа и охлаждении термобарокамеры до T ≅ 153 К.