Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов - Афанасьев В.А.
ISBN 5-7035-0318-3
Скачать (прямая ссылка):
Венера имеет чрезвычайно плотную атмосферу. Основной ком-
41
понент — СО2 (примерно 97,4%). Давление у ее поверхности в 90 раз превышает давление у поверхности Земли. Температура вблизи поверхности достигает 500°С.
Юпитер — планета-гигант с очень большой массой. В атмосфере доминирует Н2, затем следуют Не, СН4, Н3 и т.д.
Сатурн имеет атмосферу, как полагают, близкую по составу к атмосфере Юпитера.
На Титане была обнаружена атмосфера, состоящая главным образом из азота с добавками аммиака, метана и других газов.
Плутон, вероятно, имеет атмосферу, состоящую из метана, в 300 раз менее плотную, чем атмосфера Земли.
На обращенную к Солнцу поверхность космического аппарата в окрестности Земли на 1 м2 ежесекундно поступает около 1400 Дж энергии, переносимой солнечным электромагнитным излучением. Причем около 9% энергии в спектре излучения Солнца приходится на ультрафиолетовое излучение, 46,1% — на видимое излучение, 44,4% — на инфракрасное излучение; остальное — на рентгеновское и корпускулярное излучение. В инфракрасном и видимом диапазонах энергия отдельных квантов слишком мала, чтобы излучение могло оказывать физико-химическое воздействие на вещество. В то же время эти излучения нагревают элементы и материалы.
Земля, так же как и другие планеты, посылает на поверхность КЛА длинноволновое излучение (тепловой поток), которое обусловлено частичным отражением солнечного излучения облаками, атмосферой и поверхностью Земли и собственным тепловым излучением. На низких орбитах плотность этого теплового потока может достигать 40% плотности потока прямого солнечного излучения, но с увеличением высоты плотность уменьшается.
Тепловые потоки, идущие на КЛА от звезд, практически малы. Наконец, энергия излучений участков межзвездного пространства, лишенных каких-либо источников, соответствует температуре -269°С.
Радиационные пояса Земли имеют сложную структуру и представляют собой относительно стабильные гигантские области скопления электронов и протонов высоких энергий, захваченные и удерживаемые магнитным полем Земли. Можно выделить две области — внутренний (протонный) и внешний (электронный) пояса.
В космическом вакууме любой материал выделяет газы и пары, примеси и добавки, адсорбированные на поверхности и абсорбированные в объеме материала. В последнем случае процессу газовыделения предшествует диффузия атомов и молекул к поверхности.
Космический вакуум может вызывать ускоренную сублимацию поверхностных слоев материалов, что сказывается на уменьшении массы и изменении свойств поверхности материалов.
В результате газовыделения и потерь быстролетучих компонентов
42
при длительном пребывании в условиях разреженной среды могут изменяться свойства, связанные с теплофизическими и диэлектрическими характеристиками материалов (теплопроводность, электрическая проводимость).
Отсутствие защитных газовых и оксидных пленок, сублимация поверхностных слоев приводят к изменению оптических радиационных характеристик поверхностей. Так, например, при давлении 1(Г6Па и ультрафиолетовых излучениях с X ~ 0,22 мкм у белых покрытий обычно возрастает отражательная способность. Даже при малых потерях 02, М2 и Н20 в вакууме при высоких температурах могут возникать значительные изменения излучательной способности некоторох типов керамик.
Совместное действие высокого вакуума и ультрафиолетового излучения вызывает эффект «отбеливания», в результате чего возрастает отражательная способность поверхности и облегчаются условия охлаждения аппаратуры.
В вакууме отстутствует конвективный теплообмен и теплопроводность среды, а передача тепла извне происходит только путем лучистого обмена. Различают три режима течения газов и, соответственно, три режима теплопередачи в них: вязкостный, молекулярно-вязкостный и молекулярный. Границы между этими режимами определяются значениями критерия Кнудсена Кл, который равен отношению средней длины свободного пробега Ь0 частиц газа к характеристическому линейному размеру рассматриваемой системы /: Кп -
Границы режимов следующие:
Кп < 0,005 — вязкостный режим;
0,005 < Кп < 5,0 — молекулярно-вязкостный режим;
Кп > 5,0 — молекулярный режим.
При вязкостном и молекулярно-вязкостном режимах теплообмен складывается из передачи тепла теплопроводностью, конвекцией и лучистым обменом. При молекулярном режиме теплопередача осуществляется за счет лучистого обмена.
В условиях низкого давления в космосе на наружных и внутренних поверхностях разделов материалов возникают либо микроскопические поверхностные трещины, либо интеркристаллитная коррозия. Из-за изменения свойств поверхностных слоев изменяются объемно-механические свойства материалов (прочность при ползучести, сопротивление усталости и т.п.).
Так как в вакууме поверхностные адсорбированные газовые слои улетучиваются, а оксидные пленки могут разрушаться, то возрастает адгезия и резко увеличиваются силы трения, что может привести даже к свариванию трущихся деталей.
На открытых частях космических аппаратов появляются поверхностные заряды. Причина их появления — совместное действие корпускулярной и коротковолновой электромагнитной радиации, сверхглу-
