Система обеспечения теплового режима космического аппарата. Расчет характеристик систем обеспечения теплового режима космических аппаратов, страница 7

e_i – степень черноты поверхности i-го элемента, в выражении (3.26) используется степень черноты, так как она численно равна коэффициенту поглощения собственного теплового потока Земли

Q_атмi = q_атм F_атмi,                                 (3.27)

где   q_атм – плотность атмосферного теплового потока, воздействующего на i-ый элемент;

F_атмi – площадь проекции i-го элемента на плоскость, перпендикулярную вектору скорости КА (площадь миделя i-го элемента);

,                                  (3.28)

где    Т_i – температура i-го элемента;

F_повi – площадь поверхности i-го элемента, излучающей в окружающее пространство.

С учетом представленных выражений уравнение теплового баланса для элемента внешней поверхности КА можно записать следующим образом:

   (3.29)

Проанализируем, каким образом можно обеспечить требуемый тепловой режим внешних элементов КА. Для простоты анализа сделаем следующие допущения:

1)  КА находится вдали от планеты, т.е. будем учитывать только основной тепловой поток – поток прямого солнечного излучения;

2)  теплоотвод к рассматриваемому элементу от других элементов КА отсутствует;

3)  тепловой режим КА – стационарный.

С учетом принятых допущений уравнение теплового баланса примет вид

                          (3.30)

Отсюда

                               (3.31)

Из (3.31) видно, что на температуру внешнего элемента КА можно влиять двумя способами. Первый способ заключается в подборе покрытия с определенными оптическими коэффициентами, т.е. воздействуя на комплекс A_si/e_i. Второй способ состоит в выборе формы элемента и его ориентации относительно солнечного теплового потока, т.е. изменяя значение комплекса F_si/F_повi.

Рассмотрим возможности использования указанных способов более подробно. В табл. 3.1  представлены значения оптических коэффициентов для различных материалов.

№ п/п	Материал покрытия	As	e	As/e
1	Алюминий полированный	0,2...0,3	0,03...0,05	6,25
2	Сталь полированная	0,45	0,1	4,5
3	АМГ-3	0,4	0,17	2,2
4	Кремниевые элементы	0,9	0,85	1,1
5	Краски, пигментированные алюминием	0,4	0,4	1,0
6	Черные краски	0,9	0,9	1,0
7	Стеклоткань ТСОН-3 (внешняя поверхность ЭВТИ)	0,7	0,9	0,77
8	Эмаль белая	0,3	0,9	0,33
9	Органические и керамические покрытия радиаторов СТР	0,15...0,16	0,94	0,16...0,17
10	Кварцевые стекла с напылением серебра (покрытия типа «солнечный отражатель»)	£0,13	³0,85	£0,15

Т а б л и ц а 3.1

Как видно из таблицы, за счет выбора материала покрытия можно изменять значения комплекса А_s/e в широких пределах и, следовательно, существенно влиять на температуру наружных элементов КА. Например, температура сферического элемента КА (F_s/F_пов=0,25), поверхность которого покрыта полированным алюминием (A_s/e=6,25) согласно (3.31) составляет 170⁰С. Замена внешнего покрытия данного элемента на белую эмаль (A_s/e=0,33) приводит к снижению температуры до -61⁰С.

Возможности влияния на температуру наружных элементов КА за счет выбора формы элементов и их ориентации относительно солнечного теплового потока отражены в табл. 3.2. Численные значения получены по формуле (3.31) для следующих вариантов:

1)  пластина, расположенная перпендикулярно солнечному тепловому потоку и теплоизолированная с теневой стороны;

2)  пластина, расположенная перпендикулярно солнечному тепловому потоку;

3)  пластина, расположенная параллельно солнечному тепловому потоку;

4)  пластина, вращающаяся с постоянной угловой скоростью относительно оси, расположенной в плоскости пластины и перпендикулярной солнечному тепловому потоку;