Испытания на воздействие микрометеорных тел

Материалы лекции № 3.5.

Испытания на воздействие микрометеорных тел.

*****

Особенности испытаний на воздействие микрометеоритных частиц. Испытания на воздействие микрометеоритных частиц проводимые в виде опытной эксплуатации КА. Лабораторные испытания на воздействие микрометеоритных частиц. Имитация потоков микрометеорных частиц. Методы ускорения твердых; микрочастиц. Детекторы ускоренных микрочастиц.

*****

3.5.1. Особенности испытаний на воздействие микрометеорных частиц.

Различают спорадические метеоры и метеорные ливни. Появление, указанных метеоров определяется временами года и суток. Метеоры, движутся в космическом пространстве преимущественно по эллиптическим орбитам вокруг Солнца. Скорость движения метеоров относительно движения Земли лежит в интервале 12...72 км/с. Пробойная способность метеоров зависит от их массы и скорости, а также от размеров и состава потока. Обычно размеры метеоров обратно пропорциональны их плотности.

Для определения работоспособности изделий при воздействии микрометеорных потоков учитывают два вида последствий: образование кратеров и испарения из них вещества.

При ударе метеоров о поверхность твердого тела на ней образуется кратер, размеры которого (глубина и диаметр) могут в несколько раз превышать диаметр падающей частицы.

За счет образования микрократеров происходит постепенное распыление веществ с поверхности, т. е. ее эрозия. Образование кратера идет через стадии разогрева, плавления и испарения вещества в зоне удара. Последний процесс интенсивно происходит при скоростях частиц выше 15 км/с. Температура в зоне удара при скорости метеора ~ 30 км/с составляет ~10⁴К. За счет высокой температуры происходит ионизация образующихся паров вещества, т е из кратера выбрасывается облачко плазмы. Оседание распыленных материалов является одной из причин снижения эффективности солнечных батарей, потери прозрачности и окрашивание стекол, зеркал, призм, других оптических приборов, затемнение и образования вуали на стеклах иллюминаторов.

Микрометеоры могут сравнительно легко пробивать насквозь различные тонкопленочные конструкции (тонкопленочные отражатели света, надувные конструкции и т. п.).

Кроме того, результаты ударов микрометеорных частиц могут проявляться в пробивании стенок приборов и появлении повреждений от волны давления, возникающей в материале изделия под действием ударов микрометеоров. При ударах микрометеоров может также возникать стимулированное (экзоэмиссионное) излучение электронов, фотонов и ультразвуковых фононов. Потоки электронов и рентгеновских фотонов могут создавать ионизацию атомов поверхности и образовывать на ней электростатические заряды, являющиеся причиной электрических пробоев высоковольтных устройств, элементов полупроводниковой электроники и оптоэлектроники, сбоев бортовых ЭВМ. Потоки ультразвуковых фононов приводят к дополнительным акустическим шумам, вибрациям и потере усталостной прочности материалов.

Работоспособность элементов изделия, расположенных на внешней поверхности КА, оценивается временем сохранения их параметров в пределах норм ТУ, определяемых, главным образом, траекторией КА. При высоте апогея ~ 400 км все элементы (включая солнечные батареи) сохраняют свою работоспособность в течение нескольких лет.

3.5.1.1. Испытания на воздействие микрометеорных частиц проводимые в виде опытной эксплуатации КА.

Работоспособность изделия может оцениваться при опытной эксплуатации КА. Для испытаний изделие размещается на внешней поверхности КА и подвергается воздействию микрометеорных потоков в период орбитального полета. С использованием систем бортовой телеметрии на командно-измерительные пункты передаются данные об энергетическом и временном распределении параметров микрометеорных потоков и об изменениях параметров функционирования испытуемого изделия. Данные об энергетическом и временном распределениях параметров микрометеорных потоков фиксируются с помощью пьезодатчиков, отмечающих каждый удар микрочастицы об их поверхность. При использовании возвращаемых блоков поверхность КА, испытавшая воздействие, после возвращения на Землю подвергается геометрическому (измерение размеров и числа микрократеров) и физико-химическому анализам. Эти испытания носят характер исследовательских, позволяющих получить необходимые данные для расчетов, а также контрольных, проводимых после совершенствования элементов (например, панелей солнечных батарей, датчиков астроориентации и др. датчиков астронавигации.).

3.5.1.2. Лабораторные испытания на воздействие микрометеорных частиц.

Лабораторные испытания носят характер приемочных (для новых разработок) или определительных (для получения количественных значений параметров работоспособности аппаратуры). Для реализации лабораторных испытаний необходимо оборудование обеспечивающее генерацию и ускорение микрочастиц размером порядка микрона до скоростей ~ 10…20 км/с и выше для исследования влияния микрометеорной эрозии на изменение характеристик поверхностей оптических материалов и покрытий.