Автоматические космические аппараты

Система терморегулирования. Научные приборы, радиокомплекс и источник питания обеспечивают работоспособность автоматического КА, но при наличии рабочей температуры на его борту. Температурный режим КА и поддержание его в заданных пределах обеспечивает система терморегулирования. Как мы уже знаем, научная аппаратура, радиокомплекс, вспомогательная и служебная системы КА в процессе работы потребляют электроэнергию. Но, как известно, при потреблении электрической энергии на любом приборе, агрегате или системе происходит выделение тепла. В этом легко убедиться даже в домашней обстановке, если, скажем, слушая радио или просматривая телевизионные передачи, положить руку на верхнюю крышку приемника или телевизора. У длительно работающих устройств рука ощутит более нагретую поверхность по сравнению с окружающими предметами.

В земных условиях это тепло в большинстве случаев отводится от приборов по принципу естественной конвекции: нагретый воздух, расширяясь, понижает свою плотность и поднимается вверх. На его место приходит более тяжелый холодный воздух и забирает избыточное тепло от аппаратуры. На автоматическом же КА в условиях невесомости нагретый воздух, находящийся в герметичном отсеке, никуда от аппаратуры не уходит. Следовательно, во избежание перегрева необходимо принудительно его удалять и замещать более холодным. Это делается с помощью вентиляторов, которые приводят в движсние внутреннюю атмосферу автоматического КА.

В космическом пространстве при удалении от Солнца на 150 млн. км (район земной орбиты) элементы конструкции автоматического КА, обращенные к Солнцу, могут нагреваться до +150 °C, а находящиеся в тени — охладиться до -120 °C. Существующая аппаратура такой диапазон тепловых условии не выдерживает. Так, например, полупроводниковые элсктрорадиоэлементы при нагреве выше температур +80–90 °C выхолят из строя. А при низких температурах замерзает электролит в химической буферной батарее и прекращается подача электрической энергии.

Для нормальной работы приборов и систем создают более узкий диапазон температур от 0 до 30 °C. Поддержание такого интервала температур и возлагается на систему терморегулирования, в которой используются как пассивные, так и активные средства поддержания заданного теплового режима.

К пассивным средствам можно отнести окраску наружных поверхностей автоматических КА: подбираются различного цвета краски с определенными оптическими коэффициентами. Поглощение и рассеяние тепла поверхностью характеризуются коэффициентом поглощения и степенью черноты поверхности. И при избытке тепла на автоматическом КА необходимо, чтобы поверхность эффективно излучала тепло и мало его поглощала. А для этого нужно снизить коэффициент поглощения и увеличить степень черноты поверхности.

К пассивным средствам терморегулирования относится и изготовление специальных «шуб» — экрановакуумной тепловой изоляции (ЭВТИ). Такая изоляция состоит из 15–30 слоев металлизированной полимерной пленки, переложенных тончайшими слоями стекловаты, причем верхний и нижний слои для прочности выполнены из стеклоткани. ЭВТИ для упрощения технологии изготовления создается из нескольких частей, подобно тому как сшивается из разных частей одежда для человека: рукав, спинка и т. д. Различие только в том, что тепловой «комбинезон» для автоматического КА «сшивается» не заранее, а соединяется из частей непосредственно на самом КА.

Тепловая зашита с помощью ЭВТИ заключается в том, что каждый слой металлизированной пленки отражает большую часть теплового потока, а пропускает малую его часть. В итоге поток тепла от Солнца доходит до конструкций в очень ослабленном виде. С теневой же стороны КА «шуба» препятствует уходу тепла в окружающее пространство путем лучеиспускания.

Как правило, одних пассивных средств системы терморегулирования недостаточно, особенно для длительно существующих ИСЗ или межпланетных станций. Ведь условия работы последних меняются: тепловой поток с приближением к Солнцу увеличивается, а при удалении — уменьшается. Поэтому приходится использовать активные средства терморегулирования в сочетании с пассивными.

Активные средства системы терморегулирования включают в себя два радиатора (холодного и горячего контура), вентиляторы, систему трубопроводов, заслонки с приводами, логические блоки и систему температурных датчиков, размещающихся и различных местах автоматического КА. В зависимости от применяемого рабочего тела сама система может быть воздушной (на станциях «Венера», начиная с "Вснеры-4") или жидкостной (на ИСЗ типа "Молния"). Причем в холодном контуре применяется жидкость, способная оставаться жидкой при низких температурах, в горячем — жидкость с очень высокой температурой кипения.