Особенности установок для моделирования условий космического пространства, страница 7

Конденсация газов на криопанелях и экранах вызывает образование на них криоосадка. Наличие указанного криоосадка изменяет (как правило, уменьшает) поглощательную способность поверхностей криорешеток.

Криоосадок на экранах, охлаждаемых жидким азотом, состоит, главным образом, из Н₂О, СО₂, органических веществ, а также сублимирующих материалов, попадающих на эти панели в результате переконденсации с поверхностей испытуемого объекта и частей установки.

Радиационные характеристики системы “осадок - стенка” зависят от природы, толщины и структуры (кристаллический, аморфный, пористый, сплошной и т. п.) криоосадка, а также исходных радиационных характеристик системы стенка-подложка.

С возрастанием толщины криоосадка, вследствие частичного поглощения и отражения падающего излучения, поглощательная способность системы “осадок-стенка” уменьшается с 0,98…0,95 до 0,8…0,7. Однако это изменение характерно только для относительно тонких (толщина до 0,8…1 мм) осадков. При дальнейшем возрастании толщины осадка, поглощательная способность системы практически не изменяется. Ввиду того, что криоосадок обладает избирательной поглощательной способностью, характерной для диэлектриков, изменяется также спектральная характеристика отраженного излучения.

Влияние природы и структуры криоосадка сказывается главным образом вследствие того, что микронеоднородности осадка служат центрами рассеяния падающего излучения. Для уменьшения влияния криоосадка на величину поглощательной способности стенок установки поверхности криопанелей конструктивно иногда выполняются в виде открытых сотовых конструкций, что позволяет получать высокие интегральные значения поглощательной способности всей поверхности при относительно более низких значениях поглощательной способности локальных поверхностей.

Криоосадок на поверхностях, охлаждаемых гелием, состоит главным образом из твердого азота, кислорода, водорода. Здесь главной проблемой является сохранение постоянства заданной температуры криоповерхности. Скорость роста криоосадка зависит от многих причин, в том числе и от рабочего давления в камере (См. рисунок 3.2.5).

3.2.4. Общие понятия об устройстве крионасосов.

Криооткачка осуществляется устройствами, содержащими поверхности, охлажденные до температур <100К. Эти устройства называются крионасосами. Крионасосы могут быть конденсационного, сорбционного и смешанного типов.

Схематически испытательную камеру можно представить как две параллельные плоскости, одна из которых - «горячая» - выделяет газ, а другая, охлажденная до низкой температуры, является конденсатором. Однако такую простую схему конструктивно осуществлять нерационально ввиду большого расхода охлаждающей жидкости при мощном теплопритоке на охлаждаемую поверхность в результате излучения тепла с «горячей» поверхности.

Для каждой низкокипящей жидкости существует критический удельный тепловой поток, при достижении которого пузырьковое кипение жидкости переходит в пленочное, что

значительно ухудшает процесс теплообмена. Происходит образование газового пузыря между твердой стенкой и жидкостью, и температура стенки резко возрастает. Величина критического теплового потока примерно равна:

Ø для жидкого азота 1…2 вт/см²;

Ø для жидкого водорода 4_*10^-2 вт/см²;

Ø для жидкого гелия 4_*10^-4 вт/см².

Поэтому с целью уменьшения до критических величин тепловых потоков от объекта к криоповерхности применяется экранировка последних поверхностями, охлаждаемыми жидким азотом Благодаря этому уменьшается расход низкокипящей жидкости, определяющий требования к системе охлаждения установки.

На рисунке 3.2.6. схематически изображено устройство крионасоса, имеющего охлаждаемую конденсационную поверхность и защитные тепловые экраны. Дополнительным эффектом экрана является то, что молекулы газа, не откачиваемого защитным экраном, после многочисленных соударений с ним, приобретают температуру ~100°К, что облегчает последующую откачку их криоповерхностями. К этим поверхностям молекулы откачиваемого газа могут проникать по каналам в криорешетках.