Особенности имитации условий космического пространства при наземных испытаниях, страница 4

Для исследования различных объектов в условиях, близких к космическим, применяются испытательные стенды на основе специализированных вакуумных камер, в которых создается достаточно глубокое разрежение. Размеры вакуумных камер колеблются от небольших, предназначенных, например, для исследования степени черноты образцов, до очень больших, в которых можно проводить испытания полноразмерных космических объектов. Рассмотрим те условия, которые необходимо выдержать, чтобы успешно имитировать в вакуумной камере условия космического пространства.

Аппарат, находящийся в космическом пространстве, непрерывно обменивается с окружающей средой потоками частиц и квантов. Несложно увидеть, что в основном особенности функционирования КА являются следствием этих двух процессов. Именно два указанных процесса определяют две стороны проблемы моделирования космического пространства в лабораторных условиях. Для простоты целесообразно, разумеется, рассматривать эти две стороны вышеуказанной проблемы порознь, хотя в условиях реальной эксплуатации КА они переплетаются столь сильно, что при пренебрежении одной из них полностью утрачивается суть процесса.

В качестве примера можно привести следующее. Потоки частиц с поверхности КА во многом определяются потоками квантов различной природы, приходящими на эту поверхность из внешней среды. Пренебрежение этими потоками квантов радикально изменяет сущность процессов генерации частиц в пределах КА и образования его собственной внешней атмосферы (СВА).

Еще одним примером могут быть процессы накопления заряда на поверхностях КА. Если вспомнить суть процессов обуславливающих этот класс явлений, то становится ясным, что исключение из модели одного из вышеуказанных процессов полностью искажает смысл происходящего. Таким образом разделять взаимодействие КА с окружающей средой следует весьма осторожно, дабы проводимое рассмотрение не утратило смысл.

Принимая во внимание это предостережение, вернемся к процессам, определяющим обмен КА и космического пространства потоками частиц.

Потоки частиц от космического аппарата, как известно, образуются вследствие утечек  жидких и газообразных рабочих тел систем КА, а также вследствие разрушения (эрозии, испарения, абляции и т. п.) материалов слагающих поверхность аппарата. Потоки же частиц на поверхность аппарата в основном складываются из частиц приходящих извне (солнечный ветер, внутрисистемные потоки метеорного вещества и пыли и т. п.), а также из частиц вышедших из поверхности или объема КА и отразившиеся к нему же вследствие столкновений с другими частицами (например СВА или частицами окружающей аппарат атмосферы космического тела). В таком случае можно говорить о возврате частиц к поверхности КА. Величины потоков этих отраженных частиц будут определяться концентрацией частиц вокруг аппарата или проще – давлением газов и паров окружающей его атмосферы.

Как известно, давление в атмосфере Земли изменяется от ~760 торр на уровне моря до ~10^-14 торр. на расстояниях порядка 20000 км, а давление в атмосфере Луны изменяется от ~ 10^-10 торр. у поверхности (день) до ~10^-12 торр на расстоянии 200 км. (рисунок 3.1.2.).

Давление в атмосфере Марса изменяется от 4…7,5 торр. у поверхности до ~ 10^-12 торр. на расстоянии 10000 км.

В межпланетной среде среднее статическое давление равно 10^-13 торр., среднее динамическое давление составляет –10^-11 торр (рисунок 3.1.2).

Давление на поверхность движущегося КА отличается от давления в космосе на неподвижную (относительно Земли) площадку и является функцией отношения v/V. Это является следствием того, что скорость КА (V) и средняя скорость частиц в космосе (v) могут существенно различаться. При этом давление на различные части КА неодинаково. Так давление на передние (по вектору скорости) части КА может в несколько десятков раз превышать давление в данной точке космоса на неподвижную площадку, а давление непосредственно за КА может быть на несколько порядков более низким. Имеющиеся в литературе данные по давлениям космического газа представляют собой лишь базовые величины, на основании которых можно производить оценку фактического давления на различные части КА, движущегося в космическом пространстве.