Испытания на одновременное воздействие нескольких факторов внешней среды, страница 13

Ø  термоциклирование, т. е. периодическое существенное изменение температуры узлов и материалов при переходе ИСЗ с освещенного участка орбиты на теневой, приводящее к механическому разрушению, причинами которого являются различие коэффициентов термического расширения материалов, а также наличие разного рода термических и иных напряжений, возникающих при изготовлении.

Таким образом, в космосе материалы и узлы подвергаются воздействию жестких и экстремальных факторов, таких, как высокий вакуум (10⁶…10⁷торр), электромагнитное излучение Солнца (λ =5…2500 нм), потоки протонов и электронов, испускаемые естественными и искусственными радиационными поясами Земли (10кэВ<Е<10 МэВ), широкий температурный диапазон (4.2...450К), воздействие мощных электрических и магнитных полей, увеличивающих электризацию КА, невесомость, вибрация и др.

Основные задачи экспериментальной отработки, проводимой на стендах для имитации комплексного воздействия факторов космической среды:

комплексное изучение физико-механических характеристик материалов узлов КА, подвергающихся воздействию;

оценка стойкости, испытание ресурсных характеристик материалов КА, компонентов и защитных покрытий, находящихся под воздействием. Экспериментальное оборудование в составе стенда для имитации комплексного воздействия факторов космической среды должно обеспечивать:

Ø  комплексное исследование механических характеристик материалов, в том числе активной и остаточной деформации, ползучести материалов и т.д.;

Ø  измерение электрофизических характеристик материалов - вольтамперных, диэлектрических, поверхностного и объемного сопротивления материалов;

Ø  измерение температурных полей и полей упругой деформации моделей КА во время полета в радиационных полях Земли, исследование прочности защитных покрытий, подвергнутых воздействию различных факторов;

Ø  изучение процессов газовой эмиссии из материалов с использованием масс-спектрометра;

Ø  измерение скорости уноса материала в вакууме до 10^-7 торр с максимальной чувствительностью до 10^-4 г.

Исследования и теоретические расчеты, сделанные на основе моделей влияния радиационного эффекта на материалы, показали, что физико-механические свойства изменяются, как правило, линейно с увеличением интенсивности воздействия какого-либо одного фактора космического пространства, например радиационной дозы. Под влиянием двух и более факторов одновременно свойства материалов проявляют нелинейную зависимость от величины интенсивности отдельных факторов.

Надежная и достоверная имитация факторов космического пространства требует, таким образом, по меньшей мере одновременной имитации следующих основных факторов:

Ø  протонные потоки от радиационных поясов Земли;

Ø  электронные потоки от радиационных поясов Земли;

Ø  внеатмосферная солнечная радиация,

Ø  жесткое ультрафиолетовое излучение,

Ø  термоциклирование;

Ø  вакуум

Функциональная схема стенда для имитации комплексного воздействия факторов космической среды приведена на рисунке 3.6.12. Стенд состоит из таких самостоятельных частей:

Ø вакуумная камера;

Ø объединенная криогенная и вакуумная насосные системы;

Ø источник искусственного (внеатмосферного) солнечного излучения IS-160 (мощность 1400...2800 Вт/м² площадь воздействия 150 см²);

Ø совместный протонно-электронный ускоритель с энергией частиц Е=З0...200 кэВ и общим током 1=10...100 мА (облучаемая поверхность объекта S= 150 см²);

Ø источник ультрафиолетового излучения со спектром излучения, приближающимся к спектру солнечного излучения в большом диапазоне волн (λ=5...200 нм, I = 10...3000 эрг/см²), встроенный в специальную вакуумную камеру;

Ø аппаратура контроля и управления.

Еще одна проблема, связанная с проведением испытаний на воздействие факторов космической среды, состоит в том, что исследование ресурсно-надежностных характеристик материалов и агрегатов, современных КА с продолжительностью назначенного ресурса до 5...10 лет невозможно без проведения ускоренных и форсированных испытаний, в процессе которых необходимо поддерживать значительно более высокие интенсивности и воздействия (в десятки - сотни раз превосходящие реально существующие в космосе).