×
13.02.2018
218.016.2211

Результат интеллектуальной деятельности: Способ оценки стойкости материалов космической техники к воздействию факторов космического пространства

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области испытаний полимерных материалов, входящих в состав конструкций космических аппаратов (КА). В предлагаемом способе образцы материалов экспонируют в течение заданного срока на поверхности КА, затем помещают в контейнер, который, в свою очередь, укладывают в транспортный контейнер (герметизируемый в условиях космоса) и возвращают их на Землю. В вакуумной камере с контролируемой инертной средой вскрывают контейнеры и извлекают из них образцы, каждый из которых размещают в отдельном герметичном пенале. Затем в лабораторных условиях определяют изменения свойств материалов образцов. Давление инертной среды в вакуумной камере поддерживают выше давления окружающей среды. Технический результат изобретения направлен на повышение достоверности результатов испытаний путём практического исключения влияния на них атмосферы Земли. 1 ил.

Изобретение относится к области испытаний полимерных материалов после воздействия факторов космического пространства (ФКП), в частности глубокого вакуума, электромагнитного излучения, потоков протонов, электронов, холодной плазмы, атомарного кислорода, а именно оценки стойкости материалов, длительно экспонируемых на наружных поверхностях космических аппаратов (КА). Полимерные материалы входят в состав различных изделий космических аппаратов, например терморегулирующих покрытий, экранно-вакуумной теплоизоляции, механических конструкций и узлов солнечных батарей.

Известен способ оценки стойкости материалов космической техники к воздействию факторов космического пространства, заключающийся в том, что образцы испытуемых материалов размещают на поверхности космического аппарата, экспонируют в течение заданного срока, помещают в контейнер, который не герметизируют, а затем возвращают на Землю, где в лабораторных условиях определяют изменение свойств испытуемых материалов, по которым судят об их стойкости [1].

Недостатком данного способа является неточное воспроизведение воздействия космической среды на испытуемые материалы, так как при транспортировании на Землю они содержат химически активные частицы, образующиеся в полимерах под воздействием факторов космического пространства, которые при контакте с атмосферным воздухом могут вступать в химические реакции с молекулярным кислородом, что может привести к температурно-окислительной деструкции.

Известен способ оценки стойкости материалов космической техники к воздействию факторов космического пространства (см. патент RU №2238228, С1, 25.03.2003, МПК7 B64G 1/66, G01N 33/00), заключающийся в том, что образцы испытуемых материалов размещают на поверхности космического аппарата, экспонируют их в течение заданного срока, помещают в контейнер, который укладывают в герметизируемый в условиях открытого космоса транспортный контейнер и возвращают их на Землю, где в лабораторных условиях помещают транспортный контейнер в вакуумную камеру с контролируемой инертной средой, после чего производят раскрытие транспортного контейнера и контейнера с образцами, далее извлекают образцы и помещают их в отдельные герметичные пеналы, с последующим проведением испытаний над образцами также в вакуумной камере, по которым определяют изменение свойств испытуемых материалов и по ним судят об их стойкости.

Недостатком данного способа (прототипа) является неточное воспроизведение воздействия космической среды на испытуемые материалы, вызванное возможностью проникновения воздуха во внутреннюю полость пеналов с образцами при их хранении до проведения испытаний, что может повлиять на изменение свойств экспонированных в открытом космосе образцов.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является практическое исключение влияние атмосферы Земли на прошедшие испытания в космосе образцы, хранящиеся в герметичных пеналах.

Поставленная задача решается тем, что в способе оценки стойкости материалов космической техники к воздействию факторов космического пространства образцы испытуемых материалов размещают на поверхности космического аппарата, экспонируют их в течение заданного срока, помещают в контейнер, который, в свою очередь, укладывают в герметизируемый в условиях космоса транспортный контейнер и возвращают их на Землю, где контейнеры помещают в вакуумную камеру с контролируемой инертной средой и производят их раскрытие с извлечением образцов, затем каждый из образцов размещают в отдельном герметичном пенале, с последующим проведением в лабораторных условиях испытаний образцов по определению изменений их свойств, по которым судят о стойкости материалов, перед размещением образцов в отдельных герметичных пеналах проводят измерение параметров окружающей среды и создают давление инертной среды в вакуумной камере, удовлетворяющее условию:

рисос,

где рис - давление инертной среды;

рос - давление окружающей среды.

Сущность изобретения заключается в обеспечении в пенале с образцами давления инертного газа заведомо выше, чем давление окружающего воздуха, что исключает возможность проникновения молекулярного кислорода воздуха во внутреннюю полость пенала.

Контакт с воздухом влияет на изменение свойств экспонированных в открытом космосе образцов. Особенно это относится к полимерам [2]. Свойства полимерного материала после воздействия ФКП в значительной степени зависят от молекулярного кислорода, в присутствии которого протекают цепные радиационные и фотохимические процессы окисления. В этих условиях время контакта с атмосферой Земли экспонированных образцов при наземных исследованиях не должно превышать время установления равновесной концентрации кислорода в материале. Предельное время контакта с кислородом воздуха характерно для каждого полимера. Экспериментально было установлено, что молекулярный кислород космоса не оказывает особого влияния на образцы в течение 3-х месяцев. Следовательно, транспортный контейнер необходимо возвращать на Землю не позднее, чем через 3 месяца.

Согласно [3] "емкость", будучи под вакуумом (ее герметизация производилась вручную с использованием крепежа) и находящаяся, в свою очередь, в атмосфере Земли, обладает свойством натекания, т.е. воздух начинает проникать во внутреннюю полость контейнеров.

Также необходимо учитывать и такой факт, что чем больше разность давлений внутри полости контейнеров и атмосферы Земли, тем интенсивнее происходит процесс натекания.

Не следует забывать и о том, что атмосфера Земли - это среда, которая постоянно находится в динамике. Анализ статистических данных по давлению атмосферы Земли показал следующее: самое низкое давление составляет ~ 715 мм рт.ст., а самое высокое давление составляет ~ 770 мм рт.ст. (московский регион).

Учитывая вышеизложенное приходим к выводу, что для того чтобы практически исключить проникновение воздуха во внутреннюю полость пенала и сохранить образец, необходимо загерметизировать пенал при давлении инертной среды ~ 775 мм рт.ст.

Схема вакуумной камеры для разгерметизации транспортных контейнеров показана на фиг.1. К вакуумной камере 1 подведены коммуникационные системы: вакуумная 9, очистки и циркуляции газа системы 10. Вакуумная камера оснащена:

- стеклом смотровым 2;

- стеклом подсветки 3;

- источником света 4;

- обечайкой 5;

- перчатками 6;

- крышкой люка 7;

- заслонкой 8.

Разгерметизация транспортного контейнера и контейнера с образцами включает следующие операции:

1) загрузка транспортного контейнера в вакуумную камеру;

2) фиксация перчаток (закрытие заслонки) оператора в закрытом положении, защищающем их от повреждения перепадом давления при начальном откачивании вакуумной камеры;

3) высоковакуумная откачка камеры до давления 10-5…10-4 мм рт.ст. в течение нескольких часов;

4) отсечка вакуумной камеры от вакуумной системы;

5) напуск в вакуумную камеру инертного газа (аргона) из баллона высокого давления до давления атмосферы;

6) циркуляционная прокачка газа из вакуумной каиеры через систему очистки в течение нескольких часов для очистки всего объема газа и приведения всей системы в стационарное состояние;

7) приведение перчаток оператора в рабочее положение;

8) проведение операций по извлечению образцов из контейнеров и раскладки их по пеналам при помощи ручного инструмента оператором в перчатках;

9) повышение давления в вакуумной камере до ~ 775 мм рт.ст.;

10) герметизация пеналов;

11) выключение и герметизация системы циркуляции и очистки газа;

12) открытие фланца бокса и извлечение герметичных пеналов;

13) закрытие фланца бокса.

Для форвакуумной и вакуумной откачки в вакуумной камере можно использовать насосы АВЗ-20 и агрегат АВП-250 с быстротой действия 1000 л/с. Контроль течей проводится течеискателем ПТИ-14. В качестве инертного газа используется аргон. Система очистки и циркуляции газа в вакуумной камере аналогичная устройствам, используемым в прототипе (см. патент RU №2238228, С1, 25.03.2003, МПК7 B64G 1/66, G01N 33/00).

Источники информации

1. S.L.B. Woll, H.G. Pippin, М.А. Stropki. S. Clifton. Materials on International Space Station Experiment (MISSE) // Proc. 8-th International Symposium on "Materials in a Space Invironment", 5-th Intemation Conference on "Protection of Materials and Structures from the LEO Space Environment". Arcachon-France. 2000.

2. K.K. De Gron, J.D. Gummow Effect of Air and Vacuum Storage on the Tensile Properties of X-Ray Exposed Aluminazed - FEP // Proc. 8-th International Symposium on "Materials in a Space Invironment", 5-th Intemation Conference on "Protection of Materials and Structures from the LEO Space Environment". Arcachon-France. 2000.

3. Б.И. Королев и др. "Основы вакуумной техники». М., Л.: Энергия, 1957. - 251 с.


Способ оценки стойкости материалов космической техники к воздействию факторов космического пространства
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 41-50 из 71.
10.04.2016
№216.015.3246

Способ измерения угла поворота вала привода и устройство для его реализации

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в следящих приводах, в автоматических системах управления мобильными объектами и в робототехнике. Способ заключается в возбуждении первичной обмотки синусно-косинусного вращающегося трансформатора гармоническим напряжением...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002580153
Дата охранного документа: 10.04.2016
10.05.2016
№216.015.3aee

Способ соединения космических объектов в космическом пространстве

Изобретение относится к способам создания в космосе связки космического аппарата (КА) с космическим объектом (КО). Контролируют положение в пространстве троса (2), развернутого с борта КА (1), используя датчики видеонаблюдения (4) на КА и/или датчики положения (5) на тросе. Вводят в систему...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583255
Дата охранного документа: 10.05.2016
10.05.2016
№216.015.3c4b

Способ определения координат места пробоя корпуса гермоотсека космического объекта частицей природного или техногенного происхождения и устройство для его реализации

Группа изобретений относится к методам и средствам защиты космических объектов от высокоскоростных метеоритных или техногенных частиц. Способ осуществляют устройством в виде набора акустических датчиков (АКД), подключенных к измерительно-расчетному блоку, и высокочастотных антенн. Последние...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583251
Дата охранного документа: 10.05.2016
10.06.2016
№216.015.472c

Универсальная рабочая камера эйфеля аэрогазодинамической установки

Изобретение относятся к области экспериментальной аэрогазодинамики. Универсальная рабочая камера Эйфеля аэрогазодинамической установки содержит рабочую камеру, источник модельного газа на ее входе, а на выходе камеры - диффузор. В рабочей камере установлена перегородка, образующая...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002585890
Дата охранного документа: 10.06.2016
27.08.2016
№216.015.5141

Способ управления движением космического аппарата на активном участке его выведения на орбиту искусственного спутника планеты

Изобретение относится к управлению движением космического аппарата (КА) реактивными и аэродинамическими средствами. На заключительном этапе реализации способа - после снижения аэродинамической силы до величины меньшего порядка, чем гравитационная - вектором тяги двигателя управляют из условий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002596004
Дата охранного документа: 27.08.2016
10.08.2016
№216.015.53b5

Способ измерения линейных ускорений, угловых скоростей и ускорений на борту космического аппарата в условиях, близких к невесомости и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к области измерений параметров движения твердых тел. Способ и устройство для реализации заявленного способа измерения линейных ускорений, угловых скоростей и ускорений на борту космического аппарата (КА) в условиях, близких к невесомости, включает проведение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593935
Дата охранного документа: 10.08.2016
12.01.2017
№217.015.5f91

Способ управления движением космического аппарата при посадке в заданную область поверхности планеты

Изобретение относится к управлению спуском космического аппарата (КА) в атмосфере. Способ включает изменение аэродинамического качества КА, обеспечивающее его посадку в заданную область поверхности планеты. Траектория спуска КА делится на два условных участка. На первом из них производят...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002590775
Дата охранного документа: 10.07.2016
13.01.2017
№217.015.6a8e

Теплозащитное покрытие корпуса летательного аппарата

Изобретение относится к области ракетно-космической техники. Предложенное теплозащитное покрытие (ТЗП) корпуса возвращаемого ЛА содержит намотанную на силовую оболочку по спирали ленту. Лента выполнена из армирующих волокон, пропитана связующим и своей поверхностью расположена под углом к...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593184
Дата охранного документа: 27.07.2016
13.01.2017
№217.015.8030

Тензометрические весы

Изобретение относится к области аэромеханических измерений и может быть использовано в устройстве тензометрических весов, используемых для определения составляющих векторов аэродинамической силы и момента, действующих на модели летательных аппаратов в потоке аэродинамической трубы. Заявленные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002599906
Дата охранного документа: 20.10.2016
13.01.2017
№217.015.8e0e

Способ повышения надёжности изделий

Изобретение относится к области машиностроения и авиационно-космической технике и может быть использовано при создании различного класса изделий. Технический результат - повышение надежности изделия и его составных частей. Способ повышения надежности изделия и его составных частей (СЧ),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002605046
Дата охранного документа: 20.12.2016
Показаны записи 41-50 из 53.
10.04.2016
№216.015.3246

Способ измерения угла поворота вала привода и устройство для его реализации

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в следящих приводах, в автоматических системах управления мобильными объектами и в робототехнике. Способ заключается в возбуждении первичной обмотки синусно-косинусного вращающегося трансформатора гармоническим напряжением...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002580153
Дата охранного документа: 10.04.2016
10.05.2016
№216.015.3aee

Способ соединения космических объектов в космическом пространстве

Изобретение относится к способам создания в космосе связки космического аппарата (КА) с космическим объектом (КО). Контролируют положение в пространстве троса (2), развернутого с борта КА (1), используя датчики видеонаблюдения (4) на КА и/или датчики положения (5) на тросе. Вводят в систему...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583255
Дата охранного документа: 10.05.2016
10.05.2016
№216.015.3c4b

Способ определения координат места пробоя корпуса гермоотсека космического объекта частицей природного или техногенного происхождения и устройство для его реализации

Группа изобретений относится к методам и средствам защиты космических объектов от высокоскоростных метеоритных или техногенных частиц. Способ осуществляют устройством в виде набора акустических датчиков (АКД), подключенных к измерительно-расчетному блоку, и высокочастотных антенн. Последние...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583251
Дата охранного документа: 10.05.2016
10.06.2016
№216.015.472c

Универсальная рабочая камера эйфеля аэрогазодинамической установки

Изобретение относятся к области экспериментальной аэрогазодинамики. Универсальная рабочая камера Эйфеля аэрогазодинамической установки содержит рабочую камеру, источник модельного газа на ее входе, а на выходе камеры - диффузор. В рабочей камере установлена перегородка, образующая...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002585890
Дата охранного документа: 10.06.2016
27.08.2016
№216.015.5141

Способ управления движением космического аппарата на активном участке его выведения на орбиту искусственного спутника планеты

Изобретение относится к управлению движением космического аппарата (КА) реактивными и аэродинамическими средствами. На заключительном этапе реализации способа - после снижения аэродинамической силы до величины меньшего порядка, чем гравитационная - вектором тяги двигателя управляют из условий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002596004
Дата охранного документа: 27.08.2016
10.08.2016
№216.015.53b5

Способ измерения линейных ускорений, угловых скоростей и ускорений на борту космического аппарата в условиях, близких к невесомости и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к области измерений параметров движения твердых тел. Способ и устройство для реализации заявленного способа измерения линейных ускорений, угловых скоростей и ускорений на борту космического аппарата (КА) в условиях, близких к невесомости, включает проведение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593935
Дата охранного документа: 10.08.2016
12.01.2017
№217.015.5f91

Способ управления движением космического аппарата при посадке в заданную область поверхности планеты

Изобретение относится к управлению спуском космического аппарата (КА) в атмосфере. Способ включает изменение аэродинамического качества КА, обеспечивающее его посадку в заданную область поверхности планеты. Траектория спуска КА делится на два условных участка. На первом из них производят...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002590775
Дата охранного документа: 10.07.2016
13.01.2017
№217.015.6a8e

Теплозащитное покрытие корпуса летательного аппарата

Изобретение относится к области ракетно-космической техники. Предложенное теплозащитное покрытие (ТЗП) корпуса возвращаемого ЛА содержит намотанную на силовую оболочку по спирали ленту. Лента выполнена из армирующих волокон, пропитана связующим и своей поверхностью расположена под углом к...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593184
Дата охранного документа: 27.07.2016
13.01.2017
№217.015.8030

Тензометрические весы

Изобретение относится к области аэромеханических измерений и может быть использовано в устройстве тензометрических весов, используемых для определения составляющих векторов аэродинамической силы и момента, действующих на модели летательных аппаратов в потоке аэродинамической трубы. Заявленные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002599906
Дата охранного документа: 20.10.2016
13.01.2017
№217.015.8e0e

Способ повышения надёжности изделий

Изобретение относится к области машиностроения и авиационно-космической технике и может быть использовано при создании различного класса изделий. Технический результат - повышение надежности изделия и его составных частей. Способ повышения надежности изделия и его составных частей (СЧ),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002605046
Дата охранного документа: 20.12.2016
+ добавить свой РИД