ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА
ISSN 1561-9184 (друкована версія), ISSN 2616-6380 (електронна версія)

ГОЛОВНА    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЕГІЯ    АВТОРАМ    ПОТОЧНИЙ ВИПУСК    АРХІВ    КОНТАКТИ

УДК 629.78

Технічна механіка, 2020, 4, 82 - 96

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА СИСТЕМА ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ КОМПОНУВАННЯ ЗАПОВНЮВАЧІВ НЕГЕРМЕТИЧНИХ ВІДСІКІВ НА ГУСТИНУ ПОТОКІВ ГАЗОВИДІЛЕННЯ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2020.04.082

Аксютенко А. М., Єфимов Ю. П., Канцерова Р. А., Петрушенко М. В., Сміла Т. Г.

Аксютенко А. М.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

Єфимов Ю. П.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

Канцерова Р. А.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

Петрушенко М. В.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

Сміла Т. Г.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

      Останнім часом для здешевлення космічних проєктів при складанні малогабаритних космічних апаратів (МКА) нерідко використовують компоненти і матеріали індустріального і комерційного рівня якості. Це може позначитися на надійності та якості роботи МКА і встановленого на ньому устаткування. Високим чинником ризику, зокрема, є непередбачуваність експлуатаційних характеристик таких компонентів і матеріалів, яка викликана потоками газовиділення ненормованої густини. Ця обставина посилюється труднощами числового моделювання складної внутрішньої геометрії реальних негерметичних МКА. Найбільш ефективний спосіб вирішення проблеми – дослідження за допомогою лабораторних випробувань.
      Метою роботи є розробка експериментальної системи, що дозволяє досліджувати залежність процесів дегазації внутрішніх поверхонь МКА від геометрії заповнення негерметичного відсіку платами радіоелектронної апаратури та різноманітними конструкційними матеріалами. Теоретичною базою для проведення експериментів є диференційна реалізація методу накопичення, що дозволяє розмежувати густину потоків газовиділення певним чином скомпонованих зразків та елементів внутрішніх поверхонь модуля.
      Для відтворення характерних конструктивних особливостей малогабаритних нано- і пікосупутників доопрацьовані моделі негерметичних відсіків (НГВ), на основі яких створено спеціальний лабораторний модуль (ЛМ). Для цього модернізовано вузол синхронного управління відкачуванням відсіків, розроблено пристрій позиціонування пластинчатих заповнювачів НГВ, організовано реєстрацію газодинамічних параметрів внутрішньої власної атмосфери НГВ, підготовлено автоматизовану систему управління експериментом. ЛМ інтегровано в автоматизовану вимірювальну систему лабораторного стенду вакуумної аеродинамічної установки ВАУ-2М Інститута технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України. Випробування створеної експериментальної системи показали задовільну працездатність як окремих компонентів, так і конструкції в цілому.
      Отримана система дозволяє: досліджувати процес газовиділення з поверхонь різних компонентів і матеріалів; оцінювати густину потоків продуктів газовиділення при різних компоновках апаратури і її елементів; досліджувати динаміку витікання продуктів внутрішньої власної атмосфери через калібровані діафрагми, які імітують витікання власної внутрішньої атмосфери через ненормовані зазори НГВ.
     

малогабаритні космічні апарати, моделі негерметичних відсіків, заповнювачі, плати радіоелектронної апаратури, компонування, пласкі канали, дегазація, власна внутрішня атмосфера, густина потоку газовиділення

1. Аксютенко А. Н., Канцерова Р. А. Особливості конструкцій малогабаритних космічних апаратів негерметиного виконання. 11-th Ukrainian Conference on Space Research, August 29 – September 2, 2011, Yevpatoria, Crimea, Ukraine. Kyiv. 2011. C. 123.

2. Туманов А. В., Зеленцов В. В., Щеглов Г. А. Основы компоновки бортового оборудования космических аппаратов: учебное пособие. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2017. 572 с.

3. Аксютенко А. Н., Басс В. П., Бразинский В. И., Доценкуо О. В., Солодовник Л. Л., Тарасов В. Б., Ярмак А. Д. Экспериментальное и численное исследование газодинамических процессов в негерметичных отсеках космических аппаратов. Техническая механика. 1999. № 2. С. 13–24.

4. Басс В. П. Молекулярная газовая динамика и ее приложения в ракетно-космической технике. Київ: Наукова думка. 2008. 269 с.

5. Акишин А. И., Дунаев Н. М., Константинова В. В. Собственная атмосфера космических аппаратов и ее влияние на бортовые приборы, и технологию в космосе. Космическое материаловедение и технология. М.: Наука.1977. С. 65–77.

6. Акишин А. И., Дунаев Н. М., Константинова В. В., Расторгуев В. А., Савченко С. А., Симонов А. Н., Камышков С. А., Конаныкин Л. В., Попов Ю. А., Яшин С. В. Атмосфера, создаваемая космическим аппаратом, и ее влияние на работоспособность бортовой аппаратуры. Модель космического пространства. Под ред. акад. С. Н. Вернова. М.: НИИЯ ФМГУ.1983. Т. 2. С. 244–309.

7. Данилкин В. А. Собственная внешняя атмосфера космических аппаратов и ее влияние на параметры радиосигналов бортовых радиотехнических систем. Теплофизика и аэромеханика. 2008. Т. 15, № 1. С. 75–78. https://doi.org/10.1134/S0869864308010058

8. Тестоедов Н. А. Кочура С. Г. Максимов И. А. Система мониторинга уровней воздействия космической среды на космические аппараты разработки АО «Информационные спутниковые системы». Вестник СибГАУ. 2015. Т. 16, № 4. С. 849–856.

9. Смирнов В. А., Надирадзе А. Б., Максимов И. А., Хартов В. В., Шатров А. К. и др. Исследование загрязняющего воздействия собственной внешней атмосферы и плазмы стационарных плазменных двигателей на космическом аппарате «Экспресс-АМ». Вестник СибГАУ: Сб. научн. тр. Красноярск: СибГАУ. 2006. Вып. 2(9). С. 46–50.

10. Надирадзе А. Б., Смирнов В. А., Максимов И. А., Хартов В. В., Тибильдеева В. В. Экспериментальное исследование загрязняющего воздействия собственной внешней атмосферы на этапе орбитальной эксплуатации космического аппарата. Вестник СибГАУ: Сб. научн. тр. Красноярск: СибГАУ. 2006. Вып. 1(8). С. 91–95.

11. Надирадзе А .Б., Шапошников В. В., Хартов В. В., Максимов И. А., Иванов В. В., Смирнов В. А. Моделирование процессов формирования собственной внешней атмосферы и загрязнения поверхности космических аппаратов. Модель космоса. Т. 2. Воздействие космической среды на материалы и оборудование космических аппаратов. М.: КДУ. 2007. С. 39–59.

12. Silver D. M. Modeling of spacecraft contamination outgassing as a diffusion-controlled process. Proc. Optical System Contamination: Effects, Measurement, Control III (San Diego, US, 18 December 1992). 1992. Р. 37–45. https://doi.org/10.1117/12.140750

13. Hassig M., Altwegg K., Balsiger H., Schlappi B., Berthelier J. J., Fiethe B., Fuselier S. A., De Keyser J. and Rubin M. Investigation of spacecraft outgassing by sensitive mass spectrometry. Spectroscopy Europe. 2011. Vol. 23. P. 20–23.

14. Anwar A., Elfiky D., Gamal H., Albona M., Marchetti M. Outgassing Effect on Spacecraft Structure Materials. International Journal of Astronomy, Astrophysics and Space Science. 2015. Vol. 2, No. 4. P. 34–38.

15. Zilong Jiao, Lixiang Jiang, Jipeng Sun, Jianguo Huang, Yunfei Zhu. Outgassing Environment of Spacecraft: An Overview. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2019. P. 1–8.

16. Campbell W. A., Scialdone J. J. Outgassing data for selecting spacecraft materials. NASA Reference Publication 1124, Revision 3. Washington: NASA, 1993. 436 p.

17. Надирадзе А .Б., Иванов В. В., Максимов И. А., Хартов В. В., Смирнов В. А. Математическое моделирование загрязнения внешних поверхностей космических аппаратов выхлопами электроракетных двигателей и компонентами собственной внешней атмосферы. Сборник тезисов IV Международного аэрокосмического конгресса, 18–23 августа 2003 г., Москва. С. 200–201.

18. Надирадзе А. Б., Шапошников В. В., Лукьянец Р. В., Корсун А. Г., Куршаков М. Ю., Твердохлебова Е. М. Программа расчёта параметров собственной внешней ионосферы геостационарного космического аппарата, оснащённого электрореактивными двигателями. СВИ-ЭРД. ФАП РКТ. Рег. № 4144. 2010.

19. Надирадзе А. Б., Чиров А. А., Шапошников В. В., Смирнов В. А., Максимов И. А. Оценка времени обезгаживания негерметичного приборного отсека космического аппарата. Вестник СибГАУ: Сб. научн. тр. Красноярск: СибГАУ. 2007. Вып. 14. С. 95–98.

20. Тестоедов Н. А., Смирнов В. А. Исследование зависимости степени воздействия собственной атмосферы и плазмы, генерируемой стационарными плазменными двигателями, от конструктивно-компоновочной схемы космического аппарата. Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2009. № 2. С. 24–32.

21. Абрамовская М. Г., Аксютенко А. Н., Басс В. П., Ефимов Ю. П, Печерица Л. Л., Солодовник Л. Л., Ярмак А. Д. Экспериментальные исследования в динамике разреженного газа. Техническая механика. 2002. № 2. С. 45–57.

22. Нусинов М. Д. Воздействие и моделирование космического вакуума. М.: Машиностроение. 1982. 175 с.

23. Аксютенко А. Н., Канцерова Р. А. Лабораторный стенд для исследования газодинамических процессов в моделях негерметичных отсеков космических аппаратов. 10-th Ukrainian Conference on Space Research, August 30 – September 3, 2010, Yevpatoria, Crimea, Ukraine. Kyiv, 2010. C. 74.

24. Абрамовская М. Г., Аксютенко А. Н., Басс В. П., Ефимов Ю. П. Лабораторные и натурные эксперименты по изучению газодинамических процессов в окрестности космических аппаратов и на их поверхности. Модель космоса. Т. 2. Воздействие космической среды на материалы и оборудование космических аппаратов. М.: КДУ. 2007. С. 60–116.

25. Аксютенко А. Н., Канцерова Р. А. Лабораторный модуль для исследования процессов формирования собственной атмосферы в моделях отсеков малогабаритных космических аппаратов. Всероссийская конференция «Современные проблемы динамики разреженных газов». Новосибирск, 2013. С. 15–17.

26. Аксютенко А. Н. Автоматизированная система для измерения давления разреженного газа в моделях негерметичных отсеков космических аппаратов. Техническая механика. 2004. № 2. С. 50–55.

27. Вакуумная техника: справ. под ред. К. Е. Демихова, Ю. В. Панфилова. М.: Машиностроение. 2009. 590 с.

28. Вакуумная техника: справ. под ред. Е. С. Фролова, В. Е. Минайчева. М.: Машиностроение. 1992. 480 с.

29 Розбери А. Ф. П. Справочник по вакуумной технике и технологии. М.: Энергия, 1972. 456 с.

30. Розанов Л. Н. Вакуумная техника. М.: Высшая школа. 1982. 207 с.

31. Зуев Д. М., Пятков А. Г., Мовчан П. В., Смирнов Д. В., Костюков А. С. SIBCUBE – проект студенческого космического аппарата СибГАУ класса CUBESAT. Вестник СибГАУ. 2014. № 4(56). С. 160–166.

32. Данилкин А. П., Козлов В. А. Мировые тенденции развития малых спутников. Экономические стратегии. 2016. № 6. С. 136–149.

33. CubeSat. NTUU "KPI" Research laboratory – 2015. URL: http://www.cubesat.org.ua/ua/. Дата звернення: 29.09.2020.

34. Аксютенко А. Н., Канцерова Р. А. Пристрій для моделювання деяких особливостей заповнювачів негерметичних відсіків малогабаритних космічних апаратів. 15-th Ukrainian Conference on Space Research, August 24–28, 2015, Odesa, Ukraine. Kyiv, 2015. C. 75.

Copyright (©) 2020 Аксютенко А. М., Єфимов Ю. П., Канцерова Р. А., Петрушенко М. В., Сміла Т. Г.

Copyright © 2014-2020 Технічна механіка