Надувные элементы конструкции. Плёночные конструкции

Рис. 6.5 1 – оболочка из полимерного материала с внешней и внутренней метериала; 2 – радиопередатчик

Рис. 6.6 Схема глобальной радиосвязи с использованием надувных спутников ретрансляторов: 1 – передающая антенна; 2 – спутник ретранслятор; 3 – Земля; 4 –приёмная антенна;

Идея глобальной радиосвязи в том, что на геостационарную орбиту выводятся 3 спутника, имеющих форму шара. Точки стояния по долготе разнесены на 120°.

Радиосигнал, отправляемый антенной 1 отражается от поверхности спутника 2. Этот сигнал может быть усилен приёмником и передан на соседний спутник. Кроме того, на соседний спутник попадёт часть отражённых радиоволн, таким образом, по замыслу спутники можно считать пассивными ретрансляторами.

Реальность конструкции зависит от:

1) Возможности создания герметичных тонкостенных оболочек большого диаметра.

2) Придания поверхности оболочки способности эффективно отражать радиоволны. Эта проблема решалась в США, и были получены следующие данные:

Спутник «Echo–1» Ø 30, 5 м.

Спутник «Echo–2» Ø 41, 3 м.

Отражающая поверхность была изготовлена из полимерной плёнки «Mylar» δ =12, 7 мкм («Echo-1»).

Общая толщина оболочки δ =4, 6+8, 6+4, 6=17, 8 мкм (первое и третье слагаемые – алюминий, второе – несущий слой из полимерного материала) («Echo–2»).

Необходимое давление обеспечивается с помощью сублимирующих веществ типа бензойной кислоты, ацетоамида, парообразование которых чувствительно к изменению температур.

На «Echo–1» Δ p=1, 32 Па – наддув до избыточного давления, проходящий при температуре T=293 K.

У «Echo–2» предварительное давление составляло 28 Па. И при выборе давления выполнялась полученная расчётным путём средняя равновесная температура T=327 K.

На спутниках «Echo–2», А также «Explorer–9» и «Explorer–19» устанавливались радиомаяки и были приняты специальные меры по терморегулированию.

А «Echo–2» применялось двустороннее хромированное покрытие общей массой 11, 35 кг, а на спутниках серии «Explorer» использовалось мозаичное покрытие. Например, на Explorer–39 четвертую часть поверхности занимают 4000 дисков диаметром 63, 5 мм из оксида цинка.

Для надувных объектов опасным считалось пробивание метеором. Интересное решение проблемы метеорной опасности найдено на спутнике OV1–8. Его сферический корпус был изготовлен из 162 пентагональных и гексагональных панелей, которые армировались металлической сеткой из алюминиевой проволоки диаметром 76 мкм. Сама пёнка из полибутилметакрилата имела толщину δ =127 мкм.

После выведения в космос под действием солнечного нагрева и ультрафиолетовой радиации происходила полимеризация и ужесточение конструкции. При этом первоначальная масса уменьшалась с 10, 5 кг до 3 кг, то есть почти на 70%.

С появлением активных спутников-ретрансляторов типа «Молния» и др. необходимость пассивных отпала. Однако надувные спутники оказались востребованными для других задач, таких как зондирование верхних слоёв атмосферы и в качестве мишеней для отработки систем космического оружия.

Тепловые экраны:

Рис. 6.7 1 – тепловой экран – торовая оболочка, к ней прикреплены листы из полимерной плёнки, которые имеют хорошо отражающее покрытие; 2 – КА

Рис. 6.8. 1 – тепловой экран.; 2 – бак с жидким водородом; 3 – мембрана

Пропускательная способность плёнки «Mylar» в диапазоне мкм, и толщина плёнки δ =23 мкм (в спектре солнечного излучения).

В середине 50-х годов изучалась возможность защиты от солнечного нагрева баком с жидким водородом (см. рис.5.8). Натурная конструкция, тепловой экран, должна была изготавливаться из плёнки «Mylar» δ =19 мкм, иметь Ø 18, 3 м и отстоять от бака (2) на 13 м.

Размеры экрана допускали отклонение направления на Солнце гот продольной оси аппарата на 5°. Для того, чтобы оболочка могла противостоять инерциальным нагрузкам, возникающим при включении двигателей коррекции, отработана технология нанесения на внутреннюю поверхность экрана отверждающегося пенополиуретана с открытыми порами, обладающим высокой излучающей способностью: ε =0, 8.

В итоге в ходе натурных испытаний на Земле удалось показать. Что температура внутренней поверхности будет < 116 K, а это обеспечит минимальные потери водорода при полёте к Марсу.

Плёночные конструкции компактно укладываются, при транспортировке, имеют малое отношение массы к площади. Уже сейчас достигнут уровень 1–10 г/м².

Радиоотражающие поверхности – 100¸ 500 г/м².

Полимерные плёнки использовались в качестве солнечных концентраторов в ЭВТИ и для создания солнечных парусных систем. Величина давления солнечного света сравнительно мала: p=4, 3∙ 10^-6 Па. Для получения P=4, 3 Н ширина поверхности S 10⁶ м (при 100%–ном отражении S=0, 5∙ 10⁶ м). Принцип действия солнечного паруса основан на том, что кванты света, падающие на поверхность, отдают кинетическую энергию. Впервые увидел этот эффект Лебедев.

Для перспективных парусных систем предполагалось использовать плёнку из полиэтилентерафтолата (ПЭТФ). За рубежом эта плёнка известна как «Kapton»®. Она термостойкая.

Рис. 6.9

В этом случае даже при близком пролёте от Солнца на расстоянии 0, 2 а.е., что примерно равно 30 млн. км T < 533 K, T_a 623 K, опасным для солнечного паруса является возникновение царапин, трещин.

Рис. 6.10

Расчёты и эксперименты показывают, что небольшие царапины, углубления могут быть источником концентрации солнечных лучей, а их температура может быть выше, чем температура остальной поверхности на 60–70 K.

Поскольку парусная система должна состоять из нескольких тысяч/десятков тысяч полотен, рекомендуется в зонах стыка прикреплять дублирующие подложки (см. рис. 6.10).

ПРИЛОЖЕНИЕ. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 678 9 Следующая ⇒