патент
№ RU 2642009
МПК B64G1/66

Способ оценки стойкости материалов космической техники к воздействию факторов космического пространства

Авторы:
Козырев Николай Валентинович Осадченко Александр Сергеевич Уткина Нина Сергеевна
Все (18)
Номер заявки
2016117549
Дата подачи заявки
04.05.2016
Опубликовано
23.01.2018
Страна
RU
Дата приоритета
14.07.2024
Номер приоритета
Страна приоритета
Как управлять
интеллектуальной собственностью
Иллюстрации 
1
Реферат

Изобретение относится к области испытаний полимерных материалов, входящих в состав конструкций космических аппаратов (КА). В предлагаемом способе образцы материалов экспонируют в течение заданного срока на поверхности КА, затем помещают в контейнер, который, в свою очередь, укладывают в транспортный контейнер (герметизируемый в условиях космоса) и возвращают их на Землю. В вакуумной камере с контролируемой инертной средой вскрывают контейнеры и извлекают из них образцы, каждый из которых размещают в отдельном герметичном пенале. Затем в лабораторных условиях определяют изменения свойств материалов образцов. Давление инертной среды в вакуумной камере поддерживают выше давления окружающей среды. Технический результат изобретения направлен на повышение достоверности результатов испытаний путём практического исключения влияния на них атмосферы Земли. 1 ил.

Формула изобретения

Способ оценки стойкости материалов космической техники к воздействию факторов космического пространства, заключающийся в том, что образцы испытуемых материалов размещают на поверхности космического аппарата, экспонируют их в течение заданного срока, помещают в контейнер, который, в свою очередь, укладывают в герметизируемый в условиях космоса транспортный контейнер и возвращают их на Землю, где указанные контейнеры помещают в вакуумную камеру с контролируемой инертной средой и производят их раскрытие с извлечением образцов, затем каждый из образцов размещают в отдельном герметичном пенале, с последующим проведением в лабораторных условиях испытаний образцов по определению изменений их свойств, по которым судят о стойкости материалов, отличающийся тем, что перед размещением образцов в отдельных герметичных пеналах проводят измерение параметров окружающей среды и создают в вакуумной камере давление инертной среды, удовлетворяющее условию:
pис> pос,
где рис - давление инертной среды,
рос - давление окружающей среды.

Описание

Изобретение относится к области испытаний полимерных материалов после воздействия факторов космического пространства (ФКП), в частности глубокого вакуума, электромагнитного излучения, потоков протонов, электронов, холодной плазмы, атомарного кислорода, а именно оценки стойкости материалов, длительно экспонируемых на наружных поверхностях космических аппаратов (КА). Полимерные материалы входят в состав различных изделий космических аппаратов, например терморегулирующих покрытий, экранно-вакуумной теплоизоляции, механических конструкций и узлов солнечных батарей.

Известен способ оценки стойкости материалов космической техники к воздействию факторов космического пространства, заключающийся в том, что образцы испытуемых материалов размещают на поверхности космического аппарата, экспонируют в течение заданного срока, помещают в контейнер, который не герметизируют, а затем возвращают на Землю, где в лабораторных условиях определяют изменение свойств испытуемых материалов, по которым судят об их стойкости [1].

Недостатком данного способа является неточное воспроизведение воздействия космической среды на испытуемые материалы, так как при транспортировании на Землю они содержат химически активные частицы, образующиеся в полимерах под воздействием факторов космического пространства, которые при контакте с атмосферным воздухом могут вступать в химические реакции с молекулярным кислородом, что может привести к температурно-окислительной деструкции.

Известен способ оценки стойкости материалов космической техники к воздействию факторов космического пространства (см. патент RU №2238228, С1, 25.03.2003, МПК7 B64G 1/66, G01N 33/00), заключающийся в том, что образцы испытуемых материалов размещают на поверхности космического аппарата, экспонируют их в течение заданного срока, помещают в контейнер, который укладывают в герметизируемый в условиях открытого космоса транспортный контейнер и возвращают их на Землю, где в лабораторных условиях помещают транспортный контейнер в вакуумную камеру с контролируемой инертной средой, после чего производят раскрытие транспортного контейнера и контейнера с образцами, далее извлекают образцы и помещают их в отдельные герметичные пеналы, с последующим проведением испытаний над образцами также в вакуумной камере, по которым определяют изменение свойств испытуемых материалов и по ним судят об их стойкости.

Недостатком данного способа (прототипа) является неточное воспроизведение воздействия космической среды на испытуемые материалы, вызванное возможностью проникновения воздуха во внутреннюю полость пеналов с образцами при их хранении до проведения испытаний, что может повлиять на изменение свойств экспонированных в открытом космосе образцов.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является практическое исключение влияние атмосферы Земли на прошедшие испытания в космосе образцы, хранящиеся в герметичных пеналах.

Поставленная задача решается тем, что в способе оценки стойкости материалов космической техники к воздействию факторов космического пространства образцы испытуемых материалов размещают на поверхности космического аппарата, экспонируют их в течение заданного срока, помещают в контейнер, который, в свою очередь, укладывают в герметизируемый в условиях космоса транспортный контейнер и возвращают их на Землю, где контейнеры помещают в вакуумную камеру с контролируемой инертной средой и производят их раскрытие с извлечением образцов, затем каждый из образцов размещают в отдельном герметичном пенале, с последующим проведением в лабораторных условиях испытаний образцов по определению изменений их свойств, по которым судят о стойкости материалов, перед размещением образцов в отдельных герметичных пеналах проводят измерение параметров окружающей среды и создают давление инертной среды в вакуумной камере, удовлетворяющее условию:

рисос,

где рис - давление инертной среды;

рос - давление окружающей среды.

Сущность изобретения заключается в обеспечении в пенале с образцами давления инертного газа заведомо выше, чем давление окружающего воздуха, что исключает возможность проникновения молекулярного кислорода воздуха во внутреннюю полость пенала.

Контакт с воздухом влияет на изменение свойств экспонированных в открытом космосе образцов. Особенно это относится к полимерам [2]. Свойства полимерного материала после воздействия ФКП в значительной степени зависят от молекулярного кислорода, в присутствии которого протекают цепные радиационные и фотохимические процессы окисления. В этих условиях время контакта с атмосферой Земли экспонированных образцов при наземных исследованиях не должно превышать время установления равновесной концентрации кислорода в материале. Предельное время контакта с кислородом воздуха характерно для каждого полимера. Экспериментально было установлено, что молекулярный кислород космоса не оказывает особого влияния на образцы в течение 3-х месяцев. Следовательно, транспортный контейнер необходимо возвращать на Землю не позднее, чем через 3 месяца.

Согласно [3] "емкость", будучи под вакуумом (ее герметизация производилась вручную с использованием крепежа) и находящаяся, в свою очередь, в атмосфере Земли, обладает свойством натекания, т.е. воздух начинает проникать во внутреннюю полость контейнеров.

Также необходимо учитывать и такой факт, что чем больше разность давлений внутри полости контейнеров и атмосферы Земли, тем интенсивнее происходит процесс натекания.

Не следует забывать и о том, что атмосфера Земли - это среда, которая постоянно находится в динамике. Анализ статистических данных по давлению атмосферы Земли показал следующее: самое низкое давление составляет ~ 715 мм рт.ст., а самое высокое давление составляет ~ 770 мм рт.ст. (московский регион).

Учитывая вышеизложенное приходим к выводу, что для того чтобы практически исключить проникновение воздуха во внутреннюю полость пенала и сохранить образец, необходимо загерметизировать пенал при давлении инертной среды ~ 775 мм рт.ст.

Схема вакуумной камеры для разгерметизации транспортных контейнеров показана на фиг.1. К вакуумной камере 1 подведены коммуникационные системы: вакуумная 9, очистки и циркуляции газа системы 10. Вакуумная камера оснащена:

- стеклом смотровым 2;

- стеклом подсветки 3;

- источником света 4;

- обечайкой 5;

- перчатками 6;

- крышкой люка 7;

- заслонкой 8.

Разгерметизация транспортного контейнера и контейнера с образцами включает следующие операции:

1) загрузка транспортного контейнера в вакуумную камеру;

2) фиксация перчаток (закрытие заслонки) оператора в закрытом положении, защищающем их от повреждения перепадом давления при начальном откачивании вакуумной камеры;

3) высоковакуумная откачка камеры до давления 10-5…10-4 мм рт.ст. в течение нескольких часов;

4) отсечка вакуумной камеры от вакуумной системы;

5) напуск в вакуумную камеру инертного газа (аргона) из баллона высокого давления до давления атмосферы;

6) циркуляционная прокачка газа из вакуумной каиеры через систему очистки в течение нескольких часов для очистки всего объема газа и приведения всей системы в стационарное состояние;

7) приведение перчаток оператора в рабочее положение;

8) проведение операций по извлечению образцов из контейнеров и раскладки их по пеналам при помощи ручного инструмента оператором в перчатках;

9) повышение давления в вакуумной камере до ~ 775 мм рт.ст.;

10) герметизация пеналов;

11) выключение и герметизация системы циркуляции и очистки газа;

12) открытие фланца бокса и извлечение герметичных пеналов;

13) закрытие фланца бокса.

Для форвакуумной и вакуумной откачки в вакуумной камере можно использовать насосы АВЗ-20 и агрегат АВП-250 с быстротой действия 1000 л/с. Контроль течей проводится течеискателем ПТИ-14. В качестве инертного газа используется аргон. Система очистки и циркуляции газа в вакуумной камере аналогичная устройствам, используемым в прототипе (см. патент RU №2238228, С1, 25.03.2003, МПК7 B64G 1/66, G01N 33/00).

Источники информации

1. S.L.B. Woll, H.G. Pippin, М.А. Stropki. S. Clifton. Materials on International Space Station Experiment (MISSE) // Proc. 8-th International Symposium on "Materials in a Space Invironment", 5-th Intemation Conference on "Protection of Materials and Structures from the LEO Space Environment". Arcachon-France. 2000.

2. K.K. De Gron, J.D. Gummow Effect of Air and Vacuum Storage on the Tensile Properties of X-Ray Exposed Aluminazed - FEP // Proc. 8-th International Symposium on "Materials in a Space Invironment", 5-th Intemation Conference on "Protection of Materials and Structures from the LEO Space Environment". Arcachon-France. 2000.

3. Б.И. Королев и др. "Основы вакуумной техники». М., Л.: Энергия, 1957. - 251 с.

Как компенсировать расходы
на инновационную разработку
Похожие патенты