Особенности установок для моделирования условий космического пространства, страница 8

Для характеристики криорешеток, кроме коэффициента откачки С, введен также коэффициент экранировки теплового излучения р.

Криосорбционные панели представляют собой пластины из нержавеющей стали или алюминия, на поверхность которых наносится путем напыления тонкий (от 1,5 до 3 мм) слой цеолита. С обратной стороны панели приваривается змеевик, по которому прокачивается «холодный» (~20К) газообразный или жидкий (4,2К) гелий. Для крупногабаритных установок панели изготавливаются цельнолитыми (рисунки 3.2.7. и 3.2.8.).

С целью защиты криоповерхностей от конденсации на них нежелательных газов (О₂ и др.) панели должны быть экранированы поверхностями, охлажденными до 20К, а последние, в свою очередь, поверхностями, охлажденными до 100К, с образованием криорешеток с двойными экранами. В результате молекулы откачиваемого газа (например, Н₂) охлаждаются при соударении с защитными экранами криорешетки, вследствие чего коэффициент прилипания Н₂ возрастает до величины, близкой к единице.

Следовательно, основными характеристиками крионасосов являются эффективный коэффициент откачки С_е и коэффициент экранирования теплового излучения р.

Коэффициент откачки, определяемый природой и состоянием откачиваемого газа и криоповерхности, относится к плоской поверхности, а эффективный коэффициент откачки, определяемый геометрией криорешетки, относится к сложной пространственной конструкции криорешетки. Например, эффективный коэффициент откачки (называемый иногда вероятностью захвата) для криорешетки шевронного типа равен:

 (3.2.10.).

где С_е - эффективный коэффициент откачки криорешетки; С - коэффициент откачки для плоской криоповерхности; W_s - вероятность проникновения откачиваемых молекул через шевронные радиационные экраны в откачиваемую полость; W_e - вероятность проникновения молекул через криоповерхность.

Из формулы (3.2.10.). следует, что С_е является функцией коэффициента откачки криоповерхности, а также геометрии элементов криорешетки.

3.2.5. Структура криогенных вакуумных систем испытательных установок для моделирования условий космического пространства.

«Холодное черное» космическое пространство имитируется в термовакуумной камере (ТВК) путем окружения рабочего объема криоэкранами. Основное требование к этому имитатору - излучать пренебрежимо малое количество энергии в рабочую зону. Величина энергии, излучаемой криоэкранами, оценивается по отношению к энергии, поступающей к объекту испытаний от других источников.

Лучистый поток, испускаемый экраном внутрь камеры, состоит из отраженного (Е_отр), собственного (Е_с) и пропущенного от стенки камеры (Е_п) (или криопанели конденсационного насоса при его наличии)

                             (3.2.11.)

Для универсальной оценки эффективности экранов вводится относительный показатель

                               (3.2.12.)

где Е_ВН - тепловая нагрузка экрана.

Для работы криоконденсационного насоса, экранируемого криоэкранами, важно пропускание лучистой энергии к его панелям

                                         (3.2.13.)

где Е_Сξ - собственное излучение в сторону криопанелей конденсационного насоса.

Показатель, характеризующий экран с точки зрения тепловой защиты крионасоса, - эффективный коэффициент пропускания лучистого потока

                            (3.2.14.)

Показатель, характеризующий молекулярную пропускную способность экрана:

                                                   (3.2.15.)

где М_П и М_ВН — плотность пропущенного и падающего молекулярного потока.

Ряд причин не позволяет обеспечить достаточно малые величины показателей α_ЭФ посредством плоских экранов. Это - отсутствие достаточно технологических черных покрытий, имеющих степень черноты ε>0,80...0,95; ухудшение теплопоглощающих свойств при понижении температуры и наличии криоосадков. Поэтому требуется принятия мер к снижению α_ЭФ путем изготовления криоэкранов в форме системы ячеек. Требование молекулярной проводимости, если оно имеет место, делает необходимым трансформировать ячеистую структуру в сквозную решетчатую конструкцию (рисунок 3.2.11.). Для этого экраны выполняются в виде решетки из серебренных труб (профилей), по которым пропускается хладагент. Существует несколько типов экранных профилей: плоские, интегральные (по форме напоминающие интеграл), шевронные и др. (рисунок 3.2.7.)