Экранно-вакуумная теплоизоляция космического аппарата

Авторы патента:

B64G1/58 - тепловая защита, например тепловые экраны (теплоизоляция вообще F16L 59/00; химические аспекты см. соответствующие классы)

Владельцы патента RU 2587740:

Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт космических и авиационных материалов" (RU)

Изобретение относится к космической технике, а именно к теплоизоляции космических аппаратов (КА). Экранно-вакуумная теплоизоляция КА состоит из чередующихся слоев формованной неплоской полимерной пленки с односторонним или двухсторонним напылением металла, например алюминия, и полимерной сетки, на которую может быть нанесен термоклей. Полимеры, применяемые как для изготовления пленки, так и для изготовления сетки, включают полиэфир, полиимид, арамид, аримид. Техническим результатом изобретения является снижение теплопроводности и общего веса теплоизоляции. 6 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области космической техники, а именно к области средств тепловой защиты космических аппаратов.

Для тепловой защиты космических аппаратов применяются различные теплоизоляционные покрытия.

Известна экранно-вакуумная теплоизоляция космического аппарата (авторское свидетельство СССР 1839976), содержащая наружный слой стеклоткани или аримидной ткани, дополнительный промежуточный пакет из пяти экранов, изготовленных из металлизированной (первые три слоя с внутренней стороны, а четвертый и пятый двухсторонне) полиимидной пленки, промежуточных слоев металлизированной с внутренней стороны полиэтилентерефталатной пленки, отделенных друг от друга низкотеплопроводными сепараторами из стекловуали и внутреннего облицовочного слоя аримидной ткани. Недостатками этой теплоизоляции являются парниковый эффект внешнего слоя, легкая загрязняемость, значительное пылеворсовыделение и повышенный вес за счет использования неорганических промежуточных слоев.

Известна экранно-вакуумная теплоизоляция космического аппарата (авторское свидетельство СССР 1840181), состоящая из наружного слоя стеклоткани, промежуточных слоев из плоской или гофрированной металлизированной полиэтилентерефталатной пленки, повернутой металлизированной поверхностью внутрь, отделенные друг от друга низкотеплопроводными сепараторами из стекловуали и внутреннего облицовочного слоя перкаля или полиэтилентерефталата. Недостатками этой теплоизоляции являются парниковый эффект, значительное пылеворсовыделение и повышенный вес за счет стеклоткани и стекловуали.

Известна теплоизоляция (патент РФ 2087392), состоящая из электропроводящего слоя, терморегулирующего слоя, подложки полиимидной пленки, промежуточного слоя полиимидной сетки, которая может быть пропитана эпоксидной смолой и вулканизирована, прикрепленной к подложке, и термоотражающего покрытия из полимерного пленочного материала на основе соединений кремния или поливинилфторида. Недостатками этой теплоизоляции являются легкая повреждаемость поверхностного слоя при монтаже, недостаточная термоотражающая способность и низкая гибкость.

Известна экранно-вакуумная теплоизоляция космического аппарата (патент РФ 2344972), включающая пакет экранов, размещенный между наружным и внутренним облицовочными слоями, в которой наружный облицовочный слой выполнен из тканого материала с вплетенными металлизированными нитями. Недостатками этой теплоизоляции является парниковый эффект и повышенный вес.

Известна экранно-вакуумная теплоизоляция космического аппарата с внешним комбинированным покрытием (патент РФ 2397926), однако, это покрытие комбинируется с плоскими пленками и поверхность приклеивания или сваривания занимает всю площадь пленки, а внутренние экраны из напыленных металлом полимерных пленок проложены стекловуалью, что приводит к необходимости защиты персонала от пыли стекловолокон при изготовлении теплоизоляции и высокому пылеворсовыделению при работе космического аппарата, приводящему к загрязнению оптики и другой аппаратуры космического аппарата.

Известна теплоизоляция (международная заявка WO 2007/061304), состоящая из металлических и полимерных слоев, подслоя из двух металлических слоев и полимера, усиленного волокнами. Недостатками этого материала являются очень большой вес и слишком большая теплопроводность из-за плотного контакта слоев металла со слоями полимера.

Известна теплоизоляция (патент США 7252890), состоящая из слоев металлизированного алюминием или серебром полимера, такого как полиэфир или полиимид, между которыми расположены слои стекловолокна или нейлона, покрытая с верхней стороны ИК-излучающим неорганическим материалом, затем фотокаталитическим слоем оксида металла и с наружной стороны электропроводящим слоем оксида индия или оксида олова. Недостатками этой теплоизоляции являются сложная конструкция, недостаточная прочность на разрыв при сшивке теплозащитных матов, легкая повреждаемость и загрязняемость наружного слоя при изготовлении и транспортировке космических аппаратов и повышенный вес за счет использования неорганических веществ.

Наиболее близкой по технической сущности к настоящему изобретению является «Изоляция тепловая экранно-вакуумная» по ОСТ 92-1380-83, состоящая из наружного слоя стеклоткани ТСОН-СОТ ТУ 156-66 или аримидной ткани артикул 56420, промежуточных слоев из гофрированной односторонне или двухсторонне металлизированной полиэтилентерефталатной пленки, отделенных друг от друга низкотеплопроводными сепараторами из стекловуали ХСВН-7 ТУ 6-48-05786904-147 и внутреннего облицовочного слоя перкаля ГОСТ 12125-66 или полиэтилентерефталата СТУ 3 113-105-64. Недостатками этой теплоизоляции являются парниковый эффект, значительное пылеворсовыделение и повышенный вес за счет стеклоткани и стекловуали, а также необходимость защиты персонала от пыли стекловолокон при изготовлении теплоизоляции.

Целью настоящего изобретения является исключение указанных недостатков и снижение теплового потока через теплоизоляционный материал, а также улучшение условий труда при сборке материала за счет замены стеклоткани на непылящую полимерную сетку.

Технический результат достигается тем, что формованная неплоская полимерная (полиэфирная, полиамидная, полиимидная, арамидная, аримидная) пленка с односторонне или двухсторонне напыленным металлом склеивается или сваривается с полимерной (полиэфирной, полиамидной, полиимидной, арамидной, аримидной) сеткой, обеспечивающей неподвижное соединение только по поверхности выпуклостей, что уменьшает поверхность соприкосновения слоев и тем самым уменьшает тепловой поток через весь многослойный теплоизоляционный материал, сложенный из таких пленок с приклеенными или приваренными сетками. На полимерной пленке могут быть сформованы выпуклости в виде различных геометрических фигур. Эти выпуклости могут быть одинаковыми или разными и располагаться на одинаковом или неодинаковом расстоянии друг от друга. Так, двусторонне напыленная алюминием полиэтилентерефталатная пленка, формованная из чередующихся расположенных перпендикулярно друг другу ромбов (Рисунок 1), склеенная полиэфирной сеткой (Рисунок 2) с нанесенным термоклеем, складывается в многослойный материал (Рисунок 3) - материал в поперечном разрезе. Пленка может быть разной толщины, причем одна теплоизоляция может быть собрана из пленок разных толщин. Теплоизоляция может быть формована рельефом из квадратов (Рисунок 4), прямоугольников (Рисунок 5), кругов (Рисунок 6), а также различных геометрических фигур другой формы. Полимерная сетка может быть сделана из волокон разной толщины и расстояние между волокнами может варьироваться.

Пример 1

Полиэфирная с двухсторонним алюминиевым напылением пленка, формованная рельефом в виде чередующихся перпендикулярно ромбических выпуклостей, и полиэфирная сетка с нанесенным термоклеем склеиваются и складываются в теплоизоляцию с чередующимися слоями пленки и сетки (30 пленок, 29 сеток).

Пример 2

Полиэфирная с односторонним алюминиевым напылением пленка, формованная рельефом в виде регулярно расположенных ромбических выпуклостей, и полиэфирная сетка свариваются и складываются в теплоизоляцию с чередующимися слоями пленки и сетки (20 пленок, 19 сеток).

Пример 3

Полиамидная с двухсторонним алюминиевым напылением пленка, формованная рельефом в виде регулярно расположенных квадратных выпуклостей, и арамидная сетка с нанесенным термоклеем склеиваются и складываются в теплоизоляцию с чередующимися слоями пленки и сетки (25 пленок, 24 сетки).

Пример 4

Полиимидная с двухсторонним алюминиевым напылением пленка, формованная рельефом в виде регулярно расположенных квадратных выпуклостей, и полиимидная сетка с нанесенным термоклеем склеиваются и складываются в теплоизоляцию с чередующимися слоями пленки и сетки (30 пленок, 29 сеток).

Пример 5

Арамидная с односторонним алюминиевым напылением пленка, формованная рельефом в виде регулярно расположенных круглых выпуклостей, и полиамидная сетка свариваются и складываются в теплоизоляцию с чередующимися слоями пленки и сетки (25 пленок, 24 сетки).

Пример 6

Полиимидная с двухсторонним алюминиевым напылением пленка, формованная рельефом в виде регулярно расположенных круглых выпуклостей, и полиэфирная сетка с нанесенным термоклеем склеиваются и складываются в теплоизоляцию с чередующимия слоями пленки и сетки (20 пленок, 19 сеток).

Сравнительный пример 1 (по прототипу)

Гофрированную полиэтилентерефталатную пленку, металлизированную алюминием, и стекловолокно собирают в теплоизоляцию с чередующимися слоями пленки и стекловолокна (30 пленок, 29 слоев стекловолокна).

Результаты испытаний теплоизоляции, собранной по примеру 1 и сравнительному примеру 1, приведены в таблице 1.

Таблица 1
Пример №	Удельная масса, г/м²	Мощность электрообогревателя, Вт	Удельное термическое сопротивление, м²×К/Вт	Термическое сопротивление, К/Вт	Относительная эффективность, %
	среднее		среднее
1	185	0,86	4,97	4,70	410,8	388,4	110,85
1	185	1,05	4,65	4,70	384,1	388,4	110,85
1,14	4,48	370,2
Ср. 1 (прототип)	188	0,86	4,47	4,24	369,1	350,4	100
Ср. 1 (прототип)	188	1,05	4,18	4,24	345,7	350,4	100
1,14	4,07	336,6

Из таблицы 1 видно, что тепловое сопротивление предлагаемого в данном изобретении материала более чем на 10% выше при меньшем весе ЭВТИ по сравнению с ЭВТИ, используемым в настоящее время.

В таблице 2 приведены данные по пылеворсовыделению по примеру 1 и сравнительному примеру 1 (прототипу).

Таблица 2
№	Материал	Пылеворсовыделение материалов (количество и размеры частиц)
0,5 мкм	0,6 мкм	0,8 мкм	1,0 мкм	1,5 мкм	2,0 мкм	5,0 мкм	10,0 мкм
1	Ср. 1 (прототип)	5500	4800	3900	2750	2400	1900	250	22
2	По примеру 1	500	400	300	150	50	10	2	0

Из таблицы 2 видно, что пылеворсовыделение предлагаемого в данном изобретении материала меньше, чем у используемого в настоящее время ЭВТИ в 10-100 раз.

Экранно-вакуумная теплоизоляция космического аппарата, включающая формованную выпуклостями полимерную, например полиэфирную, полиимидную, арамидную, аримидную пленку с односторонним или двухсторонним напылением металла, например алюминия, отличающаяся тем, что формованная пленка склеена или сварена с полимерной, например полиэфирной, полиимидной, арамидной, аримидной сеткой, обеспечивающей неподвижное соединение только по поверхности выпуклостей, при этом на сетку может быть нанесен термоклей.

Изобретение относится к ракетно-космической технике и касается защитных панелей. Защитная панель летательного аппарата (ЛА) состоит из плиток, жестко закрепленных на внешней поверхности ЛА.

Комбинированное терморегулирующее покрытие и способ его формирования // 2581278

Изобретение относится к терморегулирующим покрытиям и способу их формирования на внешних поверхностях космических аппаратов с применением метода газотермического напыления.

Способ активной теплозащиты и модуляции аэродинамического сопротивления гиперзвукового летательного аппарата // 2559182

Изобретение относится к активной тепловой защите теплонапряженных элементов конструкции летательного аппарата (ЛА), управлению его обтеканием и работой силовой установки.

Устройство активной теплозащиты и модуляции аэродинамического сопротивления гиперзвукового бпла // 2558525

Изобретение относится к авиационной и ракетной технике, в частности к активной тепловой защите теплонапряженных передних кромок гиперзвукового беспилотного летательного аппарата (БПЛА).

Микроструктурная многослойная экранно-вакуумная изоляция космических аппаратов // 2555891

Изобретение относится к многослойной экранно-вакуумной изоляции (ЭВИ) с микроструктурными элементами для космических аппаратов (КА). Каждый слой ЭВИ выполнен в виде подложки, на которой закреплены теплоотражающие элементы в виде массива прямоугольных микропластин.

Защитное покрытие // 2542795

Изобретение относится к тепловой защите элементов конструкции космического аппарата (КА) от воздействия ионизированных газовых потоков, преимущественно стационарных плазменных двигателей.

Многослойное покрытие тонкостенной оболочки из полимерного композиционного материала космического антенного рефлектора // 2537515

Изобретение может использоваться в многослойных комбинированных покрытиях зеркальных космических антенн с рефлекторами из полимерного композиционного материала - углепластика.

Устройство крепления теплозащиты к раме двигателя (варианты) // 2520598

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано для креплений разделительных устройств блоков ступеней ракет-носителей, устанавливаемых на теплозащитах двигателей.

Терморегулирующий материал, способ его изготовления и способ его крепления к поверхности корпуса космического объекта // 2515826

Изобретение относится к космической технике и касается создания терморегулирующего материала для нанесения на поверхность космического объекта (КО). Терморегулирующий материал содержит подложку в виде оптически прозрачного стекла, высокоотражающий слой из серебра, защитный слой.

Многофункциональный композиционный материал // 2513328

Изобретение относится к терморегулирующим материалам, эксплуатирующимся в составе космической техники, в частности в качестве внешнего слоя экранно-вакуумной теплоизоляции на наружных поверхностях космических аппаратов (КА) с электрическим заземлением на корпус КА или в качестве терморегулирующего покрытия класса "солнечный отражатель" при нанесении его с помощью клеевого электропроводного слоя на наружные поверхности КА.

Теплозащитное покрытие корпуса летательного аппарата // 2593184

Изобретение относится к области ракетно-космической техники. Предложенное теплозащитное покрытие (ТЗП) корпуса возвращаемого ЛА содержит намотанную на силовую оболочку по спирали ленту. Лента выполнена из армирующих волокон, пропитана связующим и своей поверхностью расположена под углом к поверхности корпуса. Лента расположена с переменным по толщине теплозащитного покрытия углом наклона к поверхности корпуса в диапазоне от 5 до 90 градусов. В зазорах, образованных между слоями ленты, размещена дополнительная лента; армирующие волокна в дополнительной ленте смещены относительно армирующих волокон ленты на угол от 5 до 80 градусов. Техническим результатом изобретения является снижение массы ЛА и качественное улучшение характеристик теплозащиты за счет повышения термоэрозионной стойкости в сочетании с улучшением ее теплоизоляционных свойств. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Теплоизоляция агрегатов двигательной установки космического объекта и способ ее монтажа // 2600022

Группа изобретений относится к теплоизоляции агрегатов двигательной установки космического объекта (ДУ КО). Теплоизоляция агрегатов ДУ КО содержит теплоизоляцию из пакетов экранно-вакуумной теплоизоляции (ЭВТИ) криогенного бака и гермооболочку криогенного бака поверх них из мягкого неметаллического материала. На криогенном баке размещен блок подачи криогенного компонента - расходный клапан и бустерный турбонасосный агрегат с насосом и турбиной, работающей от подачи горячего газа из газовода за газогенератором маршевого двигателя ДУ. В теплоизоляцию агрегатов (ДУ КО) введена теплоизоляция блока подачи криогенного компонента. Теплоизоляция блока подачи криогенного компонента состоит из теплоизоляционного материала, размещенных поверх него пакетов ЭВТИ и гермооболочки блока подачи криогенного компонента поверх нее, расположенной с зазором к ЭВТИ. Техническим результатом группы изобретений является обеспечение уменьшения потерь криогенного компонента за счет снижения уровня теплового потока, поступающего в криогенный бак. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Теплоизоляция агрегатов двигательной установки космического объекта и способ ее монтажа // 2600032

Группа изобретений относится к теплоизоляции агрегатов двигательной установки космического объекта (ДУ КО). Теплоизоляция агрегатов ДУ КО содержит теплоизоляцию из пакетов экранно-вакуумной теплоизоляции (ЭВТИ) криогенного бака и гермооболочку криогенного бака поверх них из мягкого неметаллического материала. На криогенном баке размещен блок подачи криогенного компонента - расходный клапан и бустерный турбонасосный агрегат с насосом и турбиной, работающей от подачи испаренного криогенного компонента в рубашке камеры сгорания маршевого двигателя ДУ. В теплоизоляцию агрегатов ДУ КО введена теплоизоляция блока подачи криогенного компонента. Теплоизоляция блока подачи криогенного компонента состоит из теплоизоляционного материала, размещенных поверх него пакетов ЭВТИ и гермооболочки блока подачи криогенного компонента поверх нее, расположенной с зазором к ЭВТИ. Техническим результатом группы изобретений является обеспечение уменьшения потерь криогенного компонента за счет снижения уровня теплового потока, поступающего в криогенный бак. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Передняя кромка летательного аппарата в условиях ее аэродинамического нагрева // 2613190

Изобретение относится к тепловой защите главным образом сверх- и гиперзвуковых летательных аппаратов (ЛА). Передняя кромка ЛА выполнена в виде оболочки со сферическим затуплением, воспринимающим пиковые тепловые нагрузки, и боковыми поверхностями, воспринимающими пониженные тепловые нагрузки. Внутри оболочки установлен термоэмиссионный модуль, сопряженный катодом со сферическим затуплением и контактирующий анодом с теплоаккумулятором. Поверхность модуля, противоположная сферическому затуплению, может быть покрыта материалом с высокой излучательной способностью для теплообмена с внутренними боковыми поверхностями передней кромки. Техническим результатом является снижение температурных напряжений и упрощение конструкции передней кромки ЛА с одновременной выработкой на борту ЛА электроэнергии. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Молниеотвод // 2620852

Изобретение относится к области защиты от молний. Молниеотвод (200) установлен на защищаемой конструкции (100) и содержит поверхностное покрытие, несколько электропроводящих элементов (204), распределенных по конструкции, защитное покрытие (205). Поверхностное покрытие содержит по меньшей мере один слой электропроводящей краски (202). Указанные элементы находятся в контакте со слоем электропроводящей краски (202). Защитное покрытие (205) расположено поверх поверхностного покрытия и содержит теплоизолирующий и электропроводящий материал. Защитное покрытие (205) частично покрывает электропроводящие элементы (204). Изобретение обеспечивает эффективную защиту от молниевых разрядов. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 13 ил.

Средство и способ защиты искусственных объектов от воздействия факторов космического пространства // 2624893

Группа изобретений относится к области защиты сооружаемых на Луне объектов от радиации, экстремальных температур и микрометеороидов. Средство защиты содержит оболочку, заполненную реголитом и изготовленную из материала на основе стекловолокна с пределами рабочих температур от -200°C до +550°C и прочностью на уровне 180 ÷ 400 кгс/мм2. Слой реголита имеет плотность 3,0 ± 0,3 г/см3 и толщину δ=0,5 ÷ 0,75 м. Размеры оболочки в форме параллелепипеда составляют δ×2δ×3δ. Согласно способу, обносят защищаемый объект несущей структурой, которую перекрывают металлической сеткой. На поверхность сетки укладывают встык по крайней мере в два слоя оболочки, заполненные реголитом. Стыки между оболочками нижнего слоя перекрывают оболочками верхнего слоя. Техническим результатом, обусловленным применением реголита, является повышение надежности, технологичности и уменьшение материалоемкости средств защиты искусственных объектов. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.

Надувной теплоизоляционный купол // 2630842

Изобретение относится военной технике. Надувной теплоизоляционный купол включает ограждение, составленное из соединенных между собой изогнутого покрытия и двух торцевых стенок, выполненных из гибкого, упругого материала, при этом изогнутое покрытие состоит из двух горизонтальных труб–коллекторов, полость которых по боковой поверхности соединена между собой изогнутыми трубами. Торцевые стенки состоят из двух горизонтальных труб–коллекторов, полость которых разделена перегородкой напополам. Полость всех труб ограждения разделена по длине напополам продольной перегородкой на воздушный и газовый каналы и снабжена кольцами жесткости. Внутри ограждения расположены дизельный двигатель и вентилятор. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности надувного теплоизоляционного купола. 4 ил.

Обечайка корпуса летательного аппарата // 2642471

Изобретение относится к конструкции корпусов скоростных летательных аппаратов (ЛА), преимущественно малых калибров. Для обечайки с длиной образующей L и с гладкой несущей стенкой толщиной δ корпуса цилиндрической, конической или биконической формы - в стенке обечайки с одного или двух торцов осесимметрично выполнены глухие отверстия диаметром d и длиной l1, l2 таким образом, чтобы δ=d+2(0,5-4,0) мм, L=(l1+l2)+(2-20) мм. В одну или более полость глухого отверстия установлена теплоаккумулирующая вставка или балансировочная масса. Теплоаккумулирующая вставка выполнена из материала с фазовым переходом при температуре не ниже +70°C. В открытой части глухого отверстия выполнена канавка диаметром D и глубиной h таким образом, чтобы D=ƒ+(0,1-0,8) мм, h=S+(0,1-2,0) мм, где ƒ - диаметр закраины пробки теплоаккумулирующей вставки, S - толщина закраины пробки. Изобретение позволяет улучшить критерий "эффективность - стоимость - время создания и отработки". 3 з.п. ф-лы, 5 ил.