Формозов Б.Н. Аэрокосмические фотоприёмные устройства в видимом и инфракрасном диапазонах. Ч.2 (2002) (1095906), страница 6
Текст из файла (страница 6)
13.5нала – 3 %; неравномерность темнового сигнала – 5 %; чувствительность, В/лк – 1,0; неравномерность чувствительности – 15 %; динами98ческий диапазон – 500; глубина модуляции при передаче 200 телелиний50 %; масса – 0,17 кг.Высокие теплофизические показатели(0,8 Вт суммарного теплопритока) обеспечивались за счет применения тепловойразвязки (тепловой петли) 7 из тонкостенных нержавеющих трубок 000XI8H9T изаполнения полости ФПУ самым низкотеплопроводным газом – ксеноном особовысокой чистоты (ОСЧ) (рис. 13.4).КА "Вега-I" пролетел мимо ядра6 марта 1986 г., а КА "Вега-2" 9 марта1986 г.
Изображение ядра (истинное безкомпьютерной обработки) на рис. 13.6,Рис. 13.6а после обработки – в книгах.Успех проекта "Вега" был триумфальный. О нем писали все научныеи научно-популярные журналы и газеты (даже журнал "Огонек").По договору о содружестве с Европейским космическим агенствомбыла выполнена ЦКИ АН СССР, ЦУП и НПО им. С. А. Лавочкинапрограмма "Лоцман" по наведению КА "Джотто" на траекторию≈ 500 км от ядра.
Им было дано 1000 пеленгов положения "Веги-1" и"Веги-2". Но "Джотто" прекратил связь, находясь в плотных слоях комы(очевидно столкнувшись с микрочастицей).13.2. Международный проект "Фобос"Представим систему стабилизации параметров Т<А "Вега-1" и "Вега2", которая была использована и на КА "Фобос-1" и "Фобос-2".Была разработана общая математическая модель радиационной системы охлаждения (РСО) на основе космических радиационных теплообменников.
В КА "Вега" был применен однокаскадный радиатор соследующими показателями:– интегральная степень черноты ε ≥ 0,85;– коэффициент поглощения световой и тепловой энергии солнечногоспектра (λmax = 0,48 мкм) α ≤ 0,26.Это достигалось с помощью покрытия излучающей поверхности радиатора синтетической эмалью с такими данными. Разработка – НПО"Энергия".99В последнее время наметилась тенденция к использованию пассивных радиационных систем охлаждения для термостатирования телевизионных фотоприемных устройств, установленных на борту КА с целью проведения внеатмосферных астрономических наблюдений.
Наиболее эффективно использование РСО для термостатирования ФПУ набазе приборов с зарядовой связью в диапазоне рабочих температур220–250 К в составе телевизионной аппаратуры для долговременныхнаучных экспериментов на высокоорбиталъных или пролетных КА в условиях дефицита электроэнергии и ограничения массы. По сравнению сдругими системами охлаждения РСО обладают следующими преимуществами: высокая надежность, простота конструкции, работа без потре-бления электроэнергии.Типичная конструкция РСО – космический радиационный теплообменник (КРТ), теплоизолированный от корпуса КА с помощью опор изматериала с низкой теплопроводностью и пакета экранновакуумнойтеплоизоляции (ЭВТИ), а также хладопровод, соединяющий КРТ сФПУ.
Равновесная температура РСО определяется балансом тепловых потоков, излучаемых КРТ в космическое пространство, и тепловых потоков, подводимых к КРТ излучением от КА и внешних источников, а также кондуктивных потоков по опорам от КА и по хладопроводу от ФПУ.В зависимости от условий эксплуатации и требований к тепловымпараметрам системы могут применяться различные конструктивно-компоновочные схемы РСО.
Для анализа эффективности этих схем удобнопользоваться математической моделью, в которой учитывается теплообмен между квазизамкнутыми поверхностями, участвующими во взаимном обмене излучением. Квазизамкнутую систему поверхностейможно представить в виде следующих упрощенных моделей системповерхностей:Модель 1. КА–ЭВТИ–КРТ–ХК – излучающая поверхность КРТ обращена в "холодный космос" (ХК);Модель 2. КА–ЭВТИ–КРТ–Солнце – на излучающую поверхностьКРТ под малым углом падает прямое излучение Солнца;Модель 3. КА–ЭВТИ–КРТ–СБ – излучающая поверхность КРТ "видит" под малым углом нагретую поверхность панелей солнечных батарей (СБ), имеющую собственное тепловое излучение и отражающуюизлучение Солнца.100Математическая модель. Задача теплообмена излучением в упомянутых моделях решается методом Сальдо.
Основное уравнение, описывающее теплообмен излучением i-й поверхности, имеющей температуру Тi и площадь Fi, с остальными поверхностями замкнутой системы, можно представитьN()σO ∑ Tпрji F jT j4 − Eпрji F jT j4 = –Qрезi ,j =1(13.1)с граничными условиямиQрезi = Qвнi ,(13.2)где Qрезi – результирующий тепловой поток излучения i-й поверхности, Вт;Qвнi – внешний тепловой поток i-й поверхности, Вт; σo = 5,6687 Вт/м2⋅К4 –постоянная Стефана–Больцмана; Епрji ≠ Eпрij – приведенные степени черноты пары поверхностей; i = 1, 2, ..., N; Eпрij показывает, какая доля энергии эффективного излучения (собственного и отраженного) j-й поверхности падает на поверхность i.Выражение для Eпрij и Епрji получено из уравнений теплового баланса с использованием плотностей потоков эффективного излученияNFi qэфi − (1 − Ai ) ∑ ϕ ji F j qэфi = Fi qi ,j =1(13.3)где qэфi – плотность потока эффективного излучения i-й поверхности;qi = σ о εiTi4 – плотность потока собственного излучения i-й поверхности; εi – степень черноты i-й поверхности; Аi – поглощательная способность i-й поверхности; ϕji – угловой коэффициент, показывающий, какая часть j-й поверхности излучает в направлении i-й поверхности;i = 1, 2, ..., N.Решая систему уравнений (l3.3), получим значения потоков эффективного излучения∆j, j = 1, 2, #, N ,(13.4)∆где ∆ – определитель системы (13.3); ∆j – определитель, получающийсяиз ∆ заменой элементов j-го столбца коэффициентов системы уравнений (13.3) свободными членами.Qэфj =101Записав каждый определитель ∆j через алгебраические дополненияKij и выполнив приведение подобных членов по собственному потокуqiFi, получим выражения:Eпрji =Ai ε j∆N∑ ϕki K jk ; Eпрij =k =1A j εi∆N∑ ϕkj Kik .k =1(13.5)С помощью методов алгебры угловых коэффициентов определяемугловые коэффициенты ϕij и ϕji для всех поверхностей, входящих взамкнутую систему.
По формулам (13.5), зная степени черноты εi всехповерхностей, находим приведенные степени черноты Епрji и Eпрij .Решая системы уравнений (13.1–13.2), получим значения равновесной температуры поверхностей, участвующих в теплообмене излучением.Применение математической модели к тепловому расчету РСОКА "Вега". С помощью описанной математической модели проанализирована тепловая цепь ФПУ–РСО КА "Вега", схема которой представлена на рис. 13.7, в режимах работы РСО, соответствующих упомянуS 0 тым выше трем упрощенным моделям сис632тем поверхностей излучения. На рис.
13.7:47151 – ПЗС-матрица; 2 – однокаскадный термоэлектрический охладитель ТЭМО-7;3 – хладопровод; 4 – гибкий хладопровод;10 9 85 – клемма для стыка хладопровода с зонойиспарения тепловой трубы; 6 – зона конденРис. 13.7сации тепловой трубы; 7 – КРТ;8 – ЭВТИ; 9 – теплоизолирующие опоры; 10 – КА. В применении к этойсхеме, система уравнвний (13.1–13.2), описывающих теплообмен излучением, становится нелинейной вследствие зависимости теплового потока, подводимого от ФПУ к КРТ, от температуры КРТ.Перенос теплоты от ФПУ к КРТ описывается уравнением теплового балансаVLv =1l =1∑ Qvm + ∑(Tl − Tm ) +RlmD(d =1W) ∑p∑ Adm Td4 − Tm4 =W =1vm ,(IЗ.6)где М – число звеньев в тепловой цепи ФПУ–РСО, разделенной так,чтобы в пределах звена теплофизические свойства оставались постоянными; звену m соответствуют узлы m – 1 и m, расположенные в нача102Vле и конце звена;L∑∑ Qvmv =1– сумма тепловнх потоков, выделяющихся в(Tl − Tm )– сумма тепловых потоков, подводимых к звену mRlmпо тепловым мостам; Rlm – термическое сопротивление моста междузвеном m тепловой цепи и поверхностью l с температурой Тl; Тm –звене m;l =1Dтемпература звена m;∑ Adm (Td4 − Tm4 )– сумма тепловых потоков из-d =1лучением к звену m; D – число поверхностей, излучающих на поверхность звена m; Adm – коэффициент, характеризующий радиационные иWгеометрический свойства поверхностей излучения d и m;∑ PWmW =1– сум-ма тепловых потоков, выходящих из узла m.Равновесная температура КРТ определяется из совместного решения уравнений (l3.1, 13.6) с граничными условиями (13.2), которые длямодели 1 с числом поверхностей излучения N = 10 (i = 11, 12, ..., 16 непоказаны) и схемы (рис.
13.7) с числом тепловых звеньев в цепи М = 7имеют вид 0, i = 8, 9, …, 16;Qрезi = (13.7) p7 , i = 7.Как показано на рис. 13.7, от одного КРТ охлаждается два ФПУ,содержащих ПЗС-матрщы, теплоизолированные от корпуса ФПУ. Призаданном времени накопления (от 1,0 до 10,0 с) для обеспечения работоспособности ПЗС-матриц температура должна быть не выше 240 К.Перепад температуры по тепловой цепи от ПЗС-матрицы до КРТ составляет 18–20 К. Таким образом, температура, рассчитанная для модели 1, при которой обеспечивается работоспособность ПЗС-матрицы,должна быть не выше 220 К.Во время полета при изменении ориентации КА возможны кратковременные засветки поверхности радиатора прямым и отраженным отпанелей солнечных батарей излучением Солнца (модель 2).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
