Способ имитации внешних тепловых потоков для наземной отработки теплового режима космических аппаратов

Изобретение относится к способам имитации космических условий. Согласно предлагаемому способу, космический аппарат помещают в термовакуумную камеру с криоэкранами. Вакуумируют упомянутую камеру до давления, исключающего конвективный теплообмен в камере. Захолаживают криоэкраны до температуры, имитирующей холод окружающего космического пространства. Подвергают космический аппарат воздействию тепловых потоков от имитатора внешних тепловых потоков термовакуумной камеры. Тепловые потоки измеряют по датчикам теплового потока. При этом сначала в качестве космического аппарата используют аппарат-имитатор. Проводят юстировку имитатора внешних тепловых потоков. Подвергают аппарат-имитатор воздействию тепловых потоков, имитируя температурные режимы полета при штатной эксплуатации космического аппарата на орбите. Тарируют при этих условиях датчики теплового потока по эталонным датчикам теплового потока, установленным на аппарате-имитаторе. Получают зависимость плотности теплового потока от подаваемого на имитатор внешних тепловых потоков напряжения. Вновь воздействуют на аппарат-имитатор тепловыми потоками, соответствующими полученной зависимости плотности теплового потока от напряжения, с учетом штатной программы полета космического аппарата по орбите, смены времени суток и времен года. Затем отогревают криоэкраны до нормальной температуры. Разгерметизируют термовакуумную камеру. Извлекают аппарат-имитатор из упомянутой камеры и на его место помещают штатный космический аппарат. Воздействуют на него тепловыми потоками таким же, как и на аппарат-имитатор, образом при указанных значениях вакуума и температуры криоэкранов с учетом штатной программы полета космического аппарата по орбите, смены времени суток и времен года. Изобретение позволяет повысить достоверность имитации внешних тепловых потоков при наземной отработке теплового режима космических аппаратов.

 

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к тепловакуумным испытаниям космических аппаратов (КА) в условиях, приближенных к эксплуатации КА в открытом космическом пространстве, а также может найти применение в тех областях техники, где предъявляются повышенные требования к вопросам теоретических и экспериментальных исследований излучательных и отражательных характеристик изделий, изготовленных из различных материалов или имеющих разные покрытия.

Известен способ имитации внешних тепловых потоков для наземной отработки теплового режима КА, заключающийся в помещении КА в термовакуумную камеру с криоэкранами, вакуумировании камеры, захолаживании криоэкранов и воздействии на КА тепловых потоков [1].

Известен способ имитации внешних тепловых потоков для наземной отработки теплового режима КА, заключающийся в том, что помещают КА в термовакуумную камеру с криоэкранами, вакуумируют камеру до давления, исключающего конвективный теплообмен в камере, захолаживают криоэкраны для имитации холода окружающего космического пространства и подвергают КА воздействию тепловых потоков, моделируемых по результатам теоретических расчетов, от имитатора внешних тепловых потоков термовакуумной камеры, измеряя потоки по датчикам теплового потока [2].

Данный способ имитации внешних тепловых потоков для наземной отработки теплового режима космических аппаратов принят за прототип.

Недостаток аналога и прототипа заключается в недостаточной достоверности воспроизведения характеристик штатного облучения КА имитатором внешних тепловых потоков, обусловленной большими погрешностями из-за несовершенства расчетных методов определения тепловых потоков.

Задачей изобретения является повышение достоверности имитации внешних тепловых потоков при наземной отработке теплового режима КА, а следовательно, увеличение точности тепловакуумных испытаний.

Эта задача решается за счет того, что в способе имитации внешних тепловых потоков для наземной отработки теплового режима КА, заключающемся в том, что помещают КА в термовакуумную камеру с криоэкранами, вакуумируют камеру до давления, исключающего конвективный теплообмен в камере, захолаживают криоэкраны до температуры, имитирующей холод окружающего космического пространства, и подвергают КА воздействию тепловых потоков от имитатора внешних тепловых потоков термовакуумной камеры, измеряя потоки по датчикам теплового потока, при этом в качестве космического аппарата используют аппарат-имитатор, проводят юстировку имитатора внешних тепловых потоков для получения оптимальной равномерности плотности теплового потока относительно аппарата-имитатора, подвергают аппарат-имитатор воздействию тепловых потоков, имитируя температурные режимы полета при штатной эксплуатации КА на орбите, тарируют при этих условиях датчики теплового потока по эталонным датчикам теплового потока, установленным на аппарате-имитаторе, сравнивая показания упомянутых датчиков теплового потока с эталонными датчиками теплового потока, получают зависимость плотности потока от напряжения, подаваемого на имитатор внешних тепловых потоков, вновь воздействуют на аппарат-имитатор тепловыми потоками, соответствующими полученной зависимости плотности потока от напряжения, с учетом штатной программы полета космического аппарата по орбите, смены времени суток и времен года, после чего отогревают криоэкраны до нормальной температуры, разгерметизируют термовакуумную камеру, извлекают аппарат-имитатор из камеры и на его место помещают штатный космический аппарат и подвергают его воздействию тепловых потоков вышеуказанным образом при вышеуказанном значении вакуума и температуры криоэкранов.

По сравнению с прототипом увеличивается достоверность тепловых испытаний, которая достигается за счет моделирования движения КА по заданной орбите и формирования теплового потока вокруг всех поверхностей КА.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом:

- помещают аппарат-имитатор (имитирующий штатный) в термовакуумную камеру, имеющую криоэкраны, и устанавливают на облучаемые поверхности аппарата-имитатора датчики теплового потока и эталонные датчики теплового потока;

- проводят юстировку имитатора внешних тепловых потоков для получения оптимальной равномерности плотности теплового потока на поверхностях аппарата-имитатора;

- вакуумируют камеру с помощью вакуумных насосов до давления, исключающего конвективный теплообмен в камере (обычно до давления 1·10^-2÷1·10^-4 Па);

- одновременно с вакуумированием камеры захолаживают криоэкраны до температуры, имитирующей холод окружающего космического пространства (например, при захолаживании криоэкранов жидким азотом, до температуры минус 186±3°С);

- подвергают аппарат-имитатор воздействию тепловых потоков, имитируя температурные режимы полета при штатной эксплуатации КА на орбите, тарируют при этих условиях датчики теплового потока по эталонным датчикам теплового потока, установленным на аппарате-имитаторе, сравнивая их показания с эталонными датчиками теплового потока, и получают сравнительную характеристику зависимости плотности потока от напряжения, подаваемого на имитатор внешних тепловых потоков термовакуумной камеры;

- вновь воздействуют на аппарат-имитатор тепловыми потоками, соответствующими полученной зависимости плотности потока от напряжения, с учетом штатной программы полета КА на орбите, смены времени суток и времен года;

- после чего отогревают криоэкраны до нормальной температуры (15÷20°С) и разгерметизируют термовакуумную камеру, извлекают аппарат-имитатор из камеры и устанавливают на его место штатный КА, воздействуют на него тепловыми потоками таким же, как и на аппарат-имитатор, образом при вышеуказанных значениях вакуума и температуры криоэкранов с учетом штатной программы полета космического аппарата по орбите, смены времени суток и времен года.

Предлагаемое техническое решение позволяет повысить достоверность тепловых испытаний за счет применения более точного способа имитации солнечного облучения КА, особенно это важно при моделировании неустановившихся тепловых процессов, обусловленных частой сменой ориентации КА на орбите, где в течение одного витка КА находится поочередно на «солнце» и в «тени».

Предлагаемый способ достаточно прост в эксплуатации и не требует разработки нового оборудования и может иметь широкое практическое применение для получения экспериментальных данных при решении проблем, связанных с обеспечением теплового режима аппаратов, находящихся в открытом космическом пространстве.

Литература

1. О.Б.Андрейчук, Н.Н.Малахов, «Тепловые испытания космических аппаратов», 1982 г., с.105.

2. «Моделирование тепловых режимов КА и окружающей его среды», под ред. академика Петрова Г.И., 1971 г., с.270.

Способ имитации внешних тепловых потоков для наземной отработки теплового режима космических аппаратов, заключающийся в том, что космический аппарат помещают в термовакуумную камеру с криоэкранами, вакуумируют упомянутую камеру до давления, исключающего конвективный теплообмен в камере, захолаживают криоэкраны до температуры, имитирующей холод окружающего космического пространства, и подвергают космический аппарат воздействию тепловых потоков от имитатора внешних тепловых потоков термовакуумной камеры, измеряя тепловые потоки по датчикам теплового потока, отличающийся тем, что сначала в качестве космического аппарата используют аппарат-имитатор, проводят юстировку имитатора внешних тепловых потоков для получения оптимальной равномерности плотности теплового потока относительно аппарата-имитатора, подвергают аппарат-имитатор воздействию тепловых потоков, имитируя температурные режимы полета при штатной эксплуатации космического аппарата на орбите, тарируют при этих условиях датчики теплового потока по эталонным датчикам теплового потока, установленным на аппарате-имитаторе, сравнивая показания упомянутых датчиков теплового потока с показаниями эталонных датчиков теплового потока, получают зависимость плотности теплового потока от напряжения, подаваемого на имитатор внешних тепловых потоков, вновь воздействуют на аппарат-имитатор тепловыми потоками, соответствующими полученной зависимости плотности теплового потока от напряжения, с учетом штатной программы полета космического аппарата по орбите, смены времени суток и времен года, после чего отогревают криоэкраны до нормальной температуры, разгерметизируют термовакуумную камеру, извлекают аппарат-имитатор из упомянутой камеры и на его место помещают штатный космический аппарат, осуществляют воздействие на него тепловыми потоками таким же, как и на аппарат-имитатор, образом при указанных выше значениях вакуума и температуры криоэкранов с учетом штатной программы полета космического аппарата по орбите, смены времени суток и времен года.