Устройство для защиты космического аппарата от метеорных частиц

Изобретение относится к защите космических аппаратов (КА) от внешних потоков высокоскоростных частиц. Устройство содержит преграду, состоящую из металлического защитного экрана (1), изоляционного слоя (2) и металлической подложки (3). К подложке (3) и экрану (1) подключен источник питания (4). Преграда расположена на расстоянии от корпуса (6) КА, причем на корпусе выполнен диэлектрический экран (5), поверх которого нанесен проводящий слой (7). К подложке (3) и слою (7) подключена система электропитания (8). Между подложкой (3) и слоем (7) выполнены диэлектрические перемычки (9), разделяющие данные элементы на секции. При встрече с КА метеорная частица преодолевает преграду (1-2-3) и образует конгломерат из плазмы, осколков частицы, экрана и изоляционного слоя. В этой преграде происходит начальное разрушение частицы за счет джоулева тепла при разряде источника (4). При движении конгломерата к электропроводящему слою (7) возникает градиент напряженности и происходит электрический пробой. Возникающий электрический ток довершает разрушение частицы. Диэлектрические перемычки (9) уменьшают время разряда. Технический результат изобретения состоит в расширении диапазона размеров и масс частиц, от которых возможна защита КА, а также в повышении эффективности использования электрической энергии при разрушении частиц. 2 ил.

 

Изобретение относится к исследованиям и освоению космического пространства и может быть использовано в космических объектах для защиты от метеорных частиц.

Известно защитное покрытие космического аппарата от механических воздействий, содержащее прослойку из пористого материала, заполненную водяным льдом или водо-ледяной смесью (патент РФ №2258641, МПК B64G 1/52, B64G 1/56, опубликовано 20.08.2005).

Наиболее близким аналогом является устройство для защиты космического аппарата от метеорных частиц и устройство для его осуществления (Заявка 94027439/28, 19.07.1994, МПК B64G 1/56, опубликованное 10.04.1999).

В этом способе описывается устройство для защиты космического аппарата от метеорных частиц, которое содержит преграду, расположенную на расстоянии от корпуса КА, диэлектрический экран, расположенный на корпусе, и систему энергопитания для создания разности потенциалов, имеющую два выхода, первый из которых соединен с электропроводящим слоем на корпусе, а второй - с преградой, преграда выполнена в виде металлического защитного экрана, который соединен с вторым выходом системы энергопитания через токоограничивающий резистор, а между первым и вторым выходами системы энергопитания подключен накопительный конденсатор, металлический защитный экран снабжен изоляционным слоем, который расположен со стороны электропроводящего слоя.

Однако он обладает рядом недостатков:

- пригоден для защиты от небольшого диапазона частиц;

- из-за большой емкости накопительного конденсатора он не успевает полностью разрядиться в процессе разрушения частиц, что снижает эффективность самого способа защиты космического аппарата.

Поставлена задача - расширить диапазон размеров частиц, от которых производится защита космического аппарата, и повысить эффективность использования электрической энергии при разрушении частиц.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для защиты от метеорных частиц содержит преграду, состоящую из металлического защитного экрана и изоляционного слоя, расположенную на расстоянии от корпуса космического аппарата, диэлектрический экран, расположенный на корпусе, и систему энергопитания для создания разности потенциалов, имеющую два выхода, первый из которых соединен с электропроводящим слоем, нанесенным на диэлектрический экран, а второй - с преградой, согласно изобретению преграда снабжена металлической подложкой, к металлической подложке и металлическому защитному экрану подключен второй источник питания, металлический защитный экран, электропроводящий слой и металлическая подложка разделены на секции, между металлической подложкой и электропроводящим слоем расположены диэлектрические преграды.

Сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг.1 изображен общий вид устройства для защиты космического аппарата от метеорных частиц, на фиг.2 изображен вид сверху устройства для защиты космического аппарата от метеорных частиц.

Устройство для защиты космического аппарата от метеорных частиц содержит преграду, выполненную в виде трехслойной структуры (металлический защитный экран 1, изоляционный слой 2, металлическая подложка 3), к металлической пленке и металлической подложке подключен второй источник питания 4 и расположенный на расстоянии от корпуса космического аппарата, диэлектрический экран 5, нанесенный на корпус 6, поверх которого нанесен электропроводящий слой 7, систему энергопитания для создания разности потенциалов 8, имеющую два выхода, первый из которых соединен с электропроводящим слоем на корпусе, а второй - с преградой, диэлектрические перемычки 9.

Устройство работает следующим образом. Метеорная частица с достаточной кинетической энергией при встрече с космическим аппаратом преодолевает преграду (металлический защитный экран 1, изоляционный слой 2, металлическая подложка 3) и образует конгломерат из плазмы, осколков частицы, экрана и изоляционного слоя вследствие неполного своего разрушения и испарения. При продвижении конгломерата по направлению к электропроводящему слою 7 возникает градиент напряженности и происходит пробой электрического поля. Поэтому в ней возникает электрический ток. Скорость пробоя электрического поля по аналогии с искровым разрядом в атмосфере - молнией, до 100 тысяч километров в секунду. Диэлектрические перемычки 9 служат для деления преграды на секции, что позволяет уменьшить время разряда t_{разряда}, согласно формуле:

t_{разряда}≈3·R·C,

где R - сопротивление разрядного канала, C - емкость секции.

Дополнительное разрушение частиц происходит в первой преграде при разряде второго источника питания, что приводит к джоулеву нагреву метеорной частицы и частичному разрушения.

Устройство для защиты космического аппарата от метеорных частиц, содержащее преграду, состоящую из металлического защитного экрана и изоляционного слоя, расположенную на расстоянии от корпуса космического аппарата, диэлектрический экран, расположенный на корпусе, и систему энергопитания для создания разности потенциалов, имеющую два выхода, первый из которых соединен с электропроводящим слоем, нанесенным на диэлектрический экран, а второй - с преградой, отличающееся тем, что преграда снабжена металлической подложкой, к металлической подложке и металлическому защитному экрану подключен второй источник питания, а металлический защитный экран, электропроводящий слой и металлическая подложка разделены на секции, причем между металлической подложкой и электропроводящим слоем расположены диэлектрические преграды.