В глубоком вакууме

В реальном диапазоне температуры корпуса (±150 °С) испаряемость металлов существенна только для тонких покрытий кадмия или цинка. Для радиаторов системы терморегулирования мощных энергоустановок (T= 750...800 °С) целесообразно использовать молибден.

Величина s = 10^–3 м/год сказывается на механических свойствах материалов (ослабление сечения).

Величина s = 10^–5 м/год сказывается на оптических свойствах материала (меняются коэффициенты поглощения и отражения).

Из табл. 1.3 видно, что Cd (кадмий), который обычно используется для покрытия наружных поверхностей, не рекомендуется как покрытие для наружных деталей КА, так как быстро испаряется в условиях глубокого вакуума при обычной t = 40...80 °С на поверхности КА.

Цинкование в качестве покрытия тоже не рекомендуется, так как диапазон температур, указанный в табл. 1.3, реальный для КА.

Селен (Se), который обычно применяется для покрытия чувствитель­ных элементов в фотоэлектрических приборах, также не применим в условиях глубокого вакуума из-за большой испаряемости.

Магниевые (T_пл = 650 °С) и алюминиевые (T_пл = 660 °С) сплавы широко применяются при разработке КА.

Используются в космической технике серебро (Ag), T_пл = 960 °С и золото (Аи), T_пл = 1 060 °С в качестве покрытий для достижения определенных оптических свойств поверхности.

Бериллий (Be) находит широкое применение не только в авиации как конструкционный материал, но и в космической технике – в качестве материала для тепловых экранов (T_пл = 1200... 1300 °С).

Германий (Ge) широко используется для производства полупроводни­ковых приборов (T_пл = 940 °С).

Хром (Сr) находит применение для покрытий деталей КА (T_пл = 1 880 °С).

Широко используются сплавы железа (Fe), стали при производстве КА (T_пл =1 540°С).

Высокие требования в условиях глубокого вакуума предъявляются к материалам, используемым при создании радиаторов с температурным диапазоном T = 700...800 °С.

Необходимы тугоплавкие материалы для создания реакторов ЯРД и ЭРД, реальный рабочий диапазон температур которых t > 1 000 °С.

Кремний (Si) используется при производстве полупроводников (T_пл = 1410 °С).

Широкое использование находят титановые (T_пл = 1 670 °С) и никелевые (T_пл = 1 450 °С) сплавы.

К материалам, используемым в качестве теплозащиты, предъявляются еще более жесткие требования, т.е. они должны выдерживать температуру выше 1 200 °С.

Такими материалами являются молибден (Мо), T_пл = 1 260 °С; графит (С), T_пл = 3 700 °С; вольфрам (W), T_пл = 3 400 °С.

Молибденовые сплавы могут использоваться при изготовлении конструкций радиаторов ядерных энергоустановок (ЭУ); рассматрива­лись проекты СА с молибденовой обшивкой.

Графит является перспективным материалом теплозащиты аппаратов при полете по баллистической траектории в атмосферах Земли и планет.

Большинство сталей, сплавов на основе алюминия и магния по испарению мало отличаются от чистых металлов. Испаряемость сплавов грубо можно оценивать по характеристикам наиболее слабого компонента.

Для того чтобы уменьшить испаряемость материалов, рекомендуется применять покрытия защитными пленками (оксидные пленки, фосфатирование и т.д.).

Если для металлов испаряемость характеризуется величиной уноса S = 10^–3...10^–4 см/год или м/год, то для пластических материалов она измеряется в процентах от массы в год (табл. 1.10).

Таблица 1.10

Испаряемость пластических материалов

Металлы достаточно стойки к испарению в вакууме. Следствием испарения может быть лишь изменение чистоты поверхности и вследствие этого нарушение теплового режима. Но только специальные конструкционные пластмассы рассчитаны на длительную работу в вакууме.

Перечисленные в табл. 1.10 пластические материалы имеют следующее применение:

нейлон – часто применяемый конструкционный материал;

эпоксидные смолы – широко используются в качестве наполнителей
панелей радиоаппаратуры, микромонтажа;

полиуретан – применяют для конструкций панелей и теплозащиты;

полистирол – используется в качестве пленок деталей;

фенольные смолы – для изготовления теплоизоляционных
материалов (стеклотекстолит, асботекстолит);

целлюлозу применяют в качестве прокладочного картона и
теплоизоляции.

Из условия сохранения механических свойств в зависимости от времени допустимые потери для пластических материалов не должны превышать 1... 2 % в год.

Пластмассовые оболочки, как правило, металлизируются – покрыва­ются слоем алюминия, иногда золота. Не следует использовать в открытом космосе пластмассы, содержащие пластификаторы и гидрированную керамику. Потеря летучих компонентов ухудшает прочностные свойства, изменяет электрическое сопротивление, оптические характеристики.

В вакууме могут использоваться почти все металлы, пластические же материалы нужно использовать с большой осторожностью. Тем не менее, они достаточно широко используются для изготовления конструкцион­ных узлов.

Кабельные сети, которые прокладываются по поверхности КА, рекомендуется экранировать ЭВТИ (экрано-вакуумной теплоизоляцией) для защиты от температуры и радиации.

Воздействие космической радиации на КА. Электромагнитная и корпускулярная радиация воздействуют на электронные оболочки веществ, изменяя их свойства. Источниками радиационного воздействия являются: радиационные пояса Земли. Внутренний пояс имеет протонную
радиацию (протоны высоких энергий), зона его максимальной эффективности 3,5 тыс. км. Внешний пояс (электроны высоких энергий) имеет
электронную радиацию, зона его максимальной эффективности
15...25 тыс. км. Наиболее неприятен с точки зрения воздействия
внутренний пояс (защита от протонов существенно тяжелее); корпускулярное излучение Солнца; космические лучи – частицы высоких энергий; электромагнитные излучения Солнца (ультрафиолетовое и
рентгеновское γ-излучение).

Солнечная активность имеет период 11 лет. При солнечных вспышках, которые особенно опасны и характеризуются тем, что уровень солнечной активности повышается в 10... 100 раз. Вспышки бывают почти через каждые 10 дней и прогнозируются по состоянию солнечной хромосферы.

При удалении от источника излучения поток энергии падает:

где q₀ – солнечная постоянная – поток на удалении от Солнца в одну астрономическую единицу (1 а.е. = 149,5 млн км; q₀ = 0,14 Вт/см²); r – расстояние от Солнца, а.е.

Для некоторых планет относительные потоки энергии представлены в табл. 1.11.

Таблица 1.11