Аджян А.П., Аким Э.Л., Алифанов О.М., Андреев А.Н. Ракетно-космическая техника. Машиностроение. Энциклопедия. T. IV-22 В двух книгах. Книга первая

ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ В НЕГЕРМЕТИЧНЫХ ОТСЕКАХ 421

Рис. 3.10.12. Изменение скорости осаждения загрязнений на «солнечных» витках

гда продолжительность теневого участка резко уменьшается или пропадает совсем, а ориента ция по отношению к Солнцу такова, что эле менты конструкции ОС, попадающие в поле зрения КМВ, освещены. В дальнейшем этот эффект дважды подтвердился при измерениях в эксперименте «Астра 2» , что проиллюстри ровано на рис. 3.10.12.

Причины столь резкого увеличения осажде ния загрязнений в настоящее время до конца ясны. Можно предположить, что на «солнечны витках происходит более глубокий прогрев риалов и, соответственно, более интенсивное ис парение загрязняющих веществ, в том числе ак кумулируемых пористыми поверхностями (на пример, экранно вакуумной теплоизоляцией).

В период с марта по июнь 1997 г., когда элементы конструкции в поле зрения КМВ находились в тени, наблюдался обратный эф фект — уменьшение значения осевшей массы. Еще более неожиданный результат получен при анализе скорости осаждения загрязнений на витке. Примеры таких измерений приведе ны на рис. 3.10.13 и 3.10.14.

Оказалось, что в теневой зоне уровень осаждения увеличивается, а на солнечной сто роне витка падает. Кроме того, при изменении локальных условий освещенности показания весов меняются скачкообразно.

3.10.2. ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ В НЕГЕРМЕТИЧНЫХ ОТСЕКАХ ГЕОСТАЦИОНАРНЫХ СПУТНИКОВ

Изменение давления и состава газовой среды, осаждение загрязняющих компонент не могут быть в полной мере предсказаны только расчетными методами или смодели рованы в наземных условиях. Для их иссле дования проводятся эксперименты в натур ных условиях с помощью специальной аппа ратуры.

Необходимость проведения измерений давления в негерметичных отсеках на началь ных этапах эксплуатации спутников обуслов лена наличием в их составе электронной аппа ратуры, для безопасного включения которой требуется, как правило, достижение уровня давления в отсеках ниже 0,133 Па.

Аппаратура для измерения давления

Для определения уровня давления в на чальный период после выведения на геоста ционарную орбиту спутников связи устанавли ваются приборы средств контроля давления собственной атмосферы (СКДСА) с диапазоном измерений от 0,133 до 1,33 105 Па.

В приборах СКДСА в качестве чувстви тельного элемента используется магнитораз

Аджян А.П., Аким Э.Л., Алифанов О.М., Андреев А.Н. Ракетно-космическая техника. Машиностроение. Энциклопедия. T. IV-22 В двух книгах. Книга первая

422	Глава 3.10. СОБСТВЕННАЯ АТМОСФЕРА КА И ЕЕ ВЛИЯНИЕ

Рис. 3.10.13. Изменение осаждения загрязнений в течение витка 2.03.97

Рис. 3.10.14. Изменение осаждения загрязнений в течение

17.05.97

рядный измеритель плотности инверсно маг нетронного типа.

В соответствии с программой полета при боры СКДСА включаются примерно через 9…10 ч после старта с Земли.

Наземная градуировка СКДСА прово дится по воздуху. Сравнительные измерения давления, проведенные в наземных условиях в барокамере прибором СКДСА и датчиками давления, имеющими известную зависи

Аджян А.П., Аким Э.Л., Алифанов О.М., Андреев А.Н. Ракетно-космическая техника. Машиностроение. Энциклопедия. T. IV-22 В двух книгах. Книга первая

ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ В НЕГЕРМЕТИЧНЫХ ОТСЕКАХ 423

мость от состава газа, показали, что сущест вует зависимость показаний СКДСА от со става газа. Неучет такой зависимости дает завышение показаний уровня давления по сравнению с истинным в случае, если в со ставе собственной атмосферы начинают пре обладать молекулы или атомы с молекуляр ным весом больше 100.

Для корректного исследования таких за висимостей целесообразно включение в со став аппаратуры контроля разреженной газо вой среды в негерметичном отсеке (НГО) масс спектрометра. При указании измерен ных уровней давления везде предполагается, что данные соответствуют градуировочной характеристике прибора СКДСА по воздуху.

Результаты измерений

Результаты измерений с использованием СКДСА демонстрируются на примере измере ний давления в НГО двух спутников связи «Ямал 200» — КА 1 и КА 2.

На момент первого включения приборов СКДСА примерно через 9 ч после старта уро вень давления внутри НГО КА 1 и КА 2 со ставил 7,4 10 2 Па, 6 10 2 Па соответственно через ~10 ч после старта. Начальные измере ния давления проведены в отсутствии работы двигателей, в фоновых условиях.

Изменения давления внутри НГО обоих КА за первые двое суток полета представлены на рис. 3.10.15. Отмечающееся снижение уров ня давления обусловлено постепенным умень шением газовыделения материалов покрытий. В течение периода времени от 10 до 72 ч при выключенных двигателях зависимость величи ны внутреннего давления от времени близка к степенной функции вида

P(t, 4 + t + 72) − P t ,	(3.10.1)
0

где Р — давление; t — время, ч; Р0 — начальный уровень давления; — показатель степени, не много больший 1.

В течение периода с четвертых по 14 е су тки после выведения КА изменение давления при выключенных двигателях близко к экспо ненциальному закону вида P(t, 96 + t + 336) −

− exp( t/tхар), где tхар − 70 ч — характерное время. Наблюдается небольшое отличие в харак

терном времени для двух КА, что объясняется различным составом установленной на них ап паратуры.

В дальнейшем фоновое давление спадает более интенсивно, и через два месяца после выведения КА на геостационарную орбиту достигает нижней границы диапазона измере ний прибора СКДСА (ниже 1,33 10 5 Па).

Рис. 3.10.15. Результаты измерений давления внутри НГО в первые дни после выведения

Аджян А.П., Аким Э.Л., Алифанов О.М., Андреев А.Н. Ракетно-космическая техника. Машиностроение. Энциклопедия. T. IV-22 В двух книгах. Книга первая

424	Глава 3.10. СОБСТВЕННАЯ АТМОСФЕРА КА И ЕЕ ВЛИЯНИЕ

Наблюдается также кратковременное по вышение давления внутри НГО при включении аппаратуры КА. Особенно это заметно на на чальном этапе полета при первых включениях аппаратуры, что объясняется повышением ско рости газовыделения конструкционных мате риалов аппаратуры при прогревании.

Изменение давления в НГО при работе газовых двигателей

При включении газовых двигателей (ГД) внутри НГО регистрируется заметное повыше ние уровня давления, что обосновано теорети чески и зарегистрировано ранее в ходе прове дения эксперимента «Астра 2» на ОК «Мир» (см. п. 3.10.1).

Наблюдается корреляция между величи ной повышения давления и продолжительно стью периода циклической работы ГД. На на чальном этапе полета наибольший зафиксиро ванный уровень давления внутри НГО при ра боте ГД составляет 1,3 10 1 Па (рис. 3.10.16).

По мере возрастания времени пребыва ния КА на геостационарной орбите проис ходит существенное снижение максималь ного уровня повышения давления при вклю

чении ГД по сравнению с начальным перио дом эксплуатации КА, так как для конст рукции данных аппаратов основной причи ной возрастания давления в негерметичных отсеках при работе ГД являются возвратные потоки, формирующиеся при взаимодейст вии струй двигателей и СВА, а не потоки, отраженные от элементов конструкции КА. В результате снижения плотности СВА за временя пребывания на геостационарной орбите уменьшается и интенсивность воз вратных потоков.

При увеличении частоты опроса прибора СКДСА (режим «микроскоп») удается зафик сировать циклический процесс изменения дав ления внутри НГО при импульсном включе

нии ГД через четыре	после выведения
аппарата, когда	давление внутри НГО

находится на нижнем диапазоне измерений прибора СКДСА.

На рис. 3.10.17 показано изменение дав ления внутри НГО, полученное с частотой опроса 2 Гц, длительность импульса ГД со ставляет 0,2 c. Максимальное зарегистриро ванное значение давления при включении двигателей составляет 4 10 4 Па.

Рис. 3.10.16. Результаты измерений давления внутри НГО аппаратов при включении газовых двигателей в первые дни после выведения