Способ проведения тепловых испытаний изделий в условиях, эквивалентных марсианским

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К ПАТЕНТУ Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(76) Вайсфельд Леонид Оскарович; Кислое МихаилИванович; Плохих Виктор Никифорович; ПоршневГеннадий Павлович; Семенов Александр Георгиевич(54) СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ В УСЛОВИЯХ, ЭКВИВАЛЕНТНЫХ МАРСИАНСКИМ(57) Изобретение относится к технологии наземнойотработки (в термобарокамерах) марсоходов идругих изделий, предназначенных для работы ипребывания на поверхности Марса, к способам моделирования их температурного режима Техническая задача - улучшение условий испытаний путем исключения вероятности десублимации газа втермобарокамере, уменьшения фоновых тепловы(19) ИЛ (и) 2001848 С 1(51) 5 В 6467 00 делений и расхода хпадагента Способ проведения тепловых испытаний изделий в условиях эквивалентных марсианским, эаключаетсл в имитации натурных тепловых потоков в термобарокамере в газовой среде с пониженным давлением. При этом испытания проводят в газовой среде с содержанием аргона не менее 959 б. При давлении средь. в камере Р =(0.3-1.0) кПа = 0,3 - 1,0 кПа, соответстнвующем условиям на Марсе, и укаэанной модельной среде возможно воспроизведение в камере любых низких температур, соответствукхцих натурным (до 150 К) в связи с отсутствием явления десублимации аргона. В частном случае, когда поддержание давпени Р д укаэанном диапазоне затруднительно, исКпытанил проводят при Р =(02-1.7) кПа - 02 - 1,7КкПа. 1 эп ф-лы, 1 табл, 1 ип.Изобретение относится к способам наземной отработки (о термобарокамерах) температурных режимов работы и пребывания изделий на пооерхности Марса, е частности мэрсоходоо,Атмосфера над поверхностью Марса на 95% состои г из двуокиси углерода(С 02) и на 1,5 из оргона (Аг), при этом давление составляет 0,3 - 1,0 кПа, а температура достигает 150 К,При имитации указанных условий в термобарокэмере с целью проведения тепловых (климатических) испытаний изделий воспроизведение необходимых низких температур, а также давления и состава газовой среды затруднены (а о ряде случаев невозможны) о связи с явлением десублимации (конденсации о твердое агрегатное состояние, оыморажиоания) С 02 на криоэкранах, подводах хладагента и других эахолаживаемых жидкими газами деталях термобарокамеры при температуре Т ниже минимальной температуры существования газообразной Фазы СО 2 (Т,р), Б указанном диапазоне давлении Т =.153 К.Поскольку температура иэделия зависит От величины давления газа, о принципе ооэмокна замена С 02 иным газом или смесьО газов (а частности. сухим воздухом) с Однооременным изменением давления из услооия посгоянстоа температуры иэделия, Однако расчетно-теоретические оценки такого перехода затруднены, особенно е условиях отсутствия необходимых для этого данных о теплофиэических характеристиках С 02 и вероятных газов-заменителей, Кроме того. достооерность расчетных данных требует экспериментального подтверждения. Поэтому изделия испытывают е среде С 02, но при несколько повышенных температурах, захолаживая криоэкраны парами жидкого хладагента (О 32), а не его жидкой Фазой Ю 2, осущестоля:от принудительный нагрев зон с ТТ,р. Используемый для создания атмосферы о камере гаэ (о баллоне) содержит не зеленее 95 С 02 (пищевой или не менее 98% С 02 (технический). Иногда его дополнительно очищают вымораживанием с последующим нагревом.Цель изобретения - улучшение условий испытаний путем исключения оероятности десублимации газа, уменьшения Фоновых теплооыделений и расхода хладагента. Это позволит осуществлять наземные испытания марсоходое и других иэделий, предназначенных для эксплуатации в марсианских условиях, е экстремальных "холодных" режимах, упростить технологию испытаний (облегчить контроль и управление процесса 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ми в условиях низких температур). повысить тем самым надежность изделий.Цель достигается тем. что по способу проведения тепловых испытаний изделий в условиях, эквивалентных марсианским, заключающемуся в имитации натурных тепловых потоков и температур в термобарокамере в газовой среде с пониженным давлением, испытания проводят в газовой среде с содержанием аргона не менее 95 .Цель достигается также тем, что по способу с перечисленными существенными признаками испытания проводят при давлении газовой среды 0,2 - 1,7 кПа (частный случай совокупности признаков способа).Способ обеспечивает достижение поставленной цели именно эа счет совокупности перечисленных признаков, отличной от известных, в том числе прототипа.На чертеже показана зависимость температурного режима характерного объекта испытаний от давления газовой среды с аргоном.Конкретным примером реализации заявляемого способа, доказывающим возможность осуществления изобретения, могут служить испытания теплового макета мотора-колеса марсохода (ТММК). При этом может использоваться любая термобарокамера с рабочим объемом не менее 0,25 м без средств защиты от десублимации (т,е. беэ нагревателей и криоэлементах) или с ними, но без их использования,Камеру с установленным в ней ТММК герметиэируют, вакуумируют и заполняют (от стандартного баллона с содержанием аргона свыше 95%) аргоном до давления 0,3 - 1,0 кПа в соответствии с давлением среды над поверхностью Марса, С учетом неидеальной откачки воздуха в рабочем обьеме камеры образуется среда с содержанием Аг не менее 95. Возможно принудительное повышение процентного содержания Аг в камере за счет практикуемой в технике(технологии) испытаний "промывки" камеры рабочим газом: аргон напускают до большего давления, например 20 кПа, и вместе с остаточным (после первичного вакуумирования) воздухом откачивают, после чего вновь заполняют камеру оргоном уже до давления 0,3 - 1,0 кПа. Заполняют криоэкраны жидким азотом, поддерживая или получая с помощью внешних и внутренних нагревателей объекта испытаний заданную температуру (начальную) последнего, На этом подготовительные операции завершаются (подготовлены условия испытаний) и проводят собственно испытания: включают внешние излучатели (имитаторы тепловых потоков.2001848 Температурные режимы ТММК в различных газовых средах при температуре среды от 270 до 271 К, температуре криоэкранов 243+ 2 К,давлении газа 2 кПа, тепловыделении во внутреннем оборудовании ТММК 10,5 ВтУстановившаяся (стационарная) температура выделенной зоны ТММК, К,в с ееРазность значений температуры при С 02 и Аг,град Зона ТММК Обозначение температуры С 02 Аг Опорные стойки Корпус Привод Пе его о каТ 1 Т 2 Тз Т 4 257,5 267 275283,5 Теплоизоляция внутреннего обо ования 295,5 Т 5 294,5 0,5 снаружи 328 326,5 Тб 1,5 анти 346 Вн т еннее обо ование Тт 345 солнечного излучения. планетного излучения и т,д.) и источники тепловыделения в объекте(по заданной циклограмме), имитируя тем самым натурные тепловые потоки и температуру (криозкранов. посадочных мест и т.д.) в термобарокамере. Как следует из сравнения экспериментальных данных (см. таблицу) для двух различных сред, температурный режим объекта испытаний (как результат его тепловых испытаний) в данных условиях практически не отличается в пределах точности измерений температуры +2 К от аналогичного режима в среде. содержащей 95-98 С 02, Однако более низкая в сравнении с С 02 вне диапазона марсианских температур температура десублимации Аг исключает вероятность десублимации газа иэ модельной среды. не требуется подогрев поверхностей в камере, охлаждающихся до Ткр и ниже.Учитывая влияние давления газовой среды на температурный режим объекта исФормула и зо бр ете н и я1. СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ В УСЛОВИЯХ, ЭКВИВАЛЕНТНЫХ МАРСИАНСКИМ, заключающийся в имитации натурных тепловых потоков и температур в пьпаний (см. чертеж), давление в камере (Р) в процессе испытаний можно изменять в пределах от 0,2 до 1,7 кПа, Указанный диапазон определен по допустимому в пре делах точности измерения температуры +2К диапазону изменения температуры Тт (для Т 1-Тб допустимый диапазон давления шире),Таким образом, замена среды преимущественно с С 02 средой преимущественно "0 с Аг в указанном диапазоне давлений практически не искажает результаты тепловых испытаний даже таких конструктивно сложных, характерных для планетоходов и аналогичной космической техники изделий, как 15 мотор-колесо марсохода и его тепловой макет,(56) Инженерная модель Марса. М., Институт космических исследований, 1987,20 Планетоходы./Под ред. А,Л. Кемурджиана, - М.: Машиностроение, 1982, с, 253- 259,термобарокамере в газовой среде с пониженным давлением, отличающийся тем, что испытания проводят в газовой среде с содержанием аргона не менее 95%,2, Способ по п.1, отличающийся тем, что испытания проводят при давлении газовой среды 0,2 - 1,7 кПа..6 1 17 5 10 л 0,13 0,013 Редактор Т.ЮрчиковаЗаказ 3151 Произв енно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 7,К оставитель Л,ВайсфельдТехред М.Моргентал Корректор Е.Пап Тираж Подписно НПО "ПОИСК" Роспатента3035, Москва, Ж, Рауаская наб 45