Специальные виды космических испытаний

для испытания, входят в  состав термовакуумных испытательных  установок с многоступенчатой откачной системой и включают следующие элементы:

1) собственно криокамеру (или криостат), т.к. конструкцию с рабочим объемом, в котором непосредственно размещается испытываемый объект (образец) и происходит его охлаждение (в криокамере — парами хладагента или охлажденным газом в криостате — жидким хладагентом) до заданной температуры;

2) хладагент;

3) устройства подачи  хладагента в рабочую камеру. Выбор типа  хладагента  определяется  предельной

температурой охлаждения испытываемого объекта. Для охлаждения до температур ниже 200 К обычно используют жидкие газы: азот (температура кипения 77 K). водород (20 К), гелий (4,2 К), неон (30 К). Охлаждение ниже 4 К достигается откачкой паров над поверхностью жидкого гелия. Испытываемые образцы охлаждают обычно в два этапа сначала жидким азотом до температуры около 73 К, а затем до более низких температур — жидким гелием и его парами.

Для проведения испытания  при температуре жидкого гелия  служат гелиевые криостаты (рис. 6). Гелиевый   сосуд 9 криостата имеет широкую горловину 7, состоящую из двух коаксиально расположенных труб, вакуумно-плотно соединенных между собой и с сосудом. В нижней части гелиевый сосуд окружен экраном 8 прикрепленным к горловине. В верхней части криостата расположен сосуд с жидким азотом 2, к которому прикреплен экран 3, погруженный в кольцевой  зазор  горловины сосуда с гелием. Сосуд с

жидким    азотом    подвешен крышке 1 криостата с  помощью  двух трубок, служащих для залива азота  и отвода его паров. Дно  сосуда   изолировано слоем пенополиуретана 4.   На  крышке криостата    имеются    выводные штуцера для залива гелия и азота, а также для отвода их паров. Изоляция сосуда  с гелием — вакуумная или вакуумно-многослойная. В межстенном пространстве создается    остаточное   давление 10^-2...10^-3 Па, которое благодаря наличию   адсорбента   снижается после заполнения сосуда жидким гелием.  Материал сосуда и горловины — тонколистовая     коррозионно-стойкая    сталь,  материал кожуха — алюминиевый      сплав. Гелиевые криостаты имеют различную емкость сосуда с гелием.

Для питания криогенных систем испытательных  установок  жидким азотом, газообразным или жидким гелием применяют криогенные установки  работающие в рефрижераторном (сжатие в компрессоре и адиабатное расширение в детандере) или ожижительном  (расширение в дросселе или эжекторе) режиме. Эти установки содержат насосы для перекачки хладагента,   специальные вакуумированные трубопроводы,  емкости для хранения больших количеств жидкого хладагента — сосуды  Дьюара. Снабжение установок хладагентом осуществляют прокачкой  жидкого  хладагента через систему криорешеток или его заливкой в охлаждаемую рубашку под атмосферным давлением (открытая система), прокачкой жидкого хладагента через систему криорешеток под повышенным (до 10⁶ Па) давлением (замкнутая система) и с помощью сжатого газа. Устройство подачи хладагента с помощью сжатого газа показано на рис. 7. При поступлении газа из баллона 1 по трубопроводу 2 в верхней части сосуда Дьюара 4 создается повышенное давление, вследствие чего жидкий хладагент 6 по трубке 3 и трубопроводам выталкивается в рабочую камеру.

1 —крышка; 2 —сосуд с  жидким азотом; 3, 8 — экраны; 4 —  пенополиуретан;                          5 — вакуумно-многослойиая изоляция; 6 — кожух; 7 — горловина гелиевого  сосуда;              9 — сосуд с гелием; 10 — адсорбент(активированный уголь)

Рисунок. 6 - Схема гелиевого криостата КГ-15/150.

1 — баллон со сжатым  газом; 2 — трубопровод с клапанами; 3 — трубка; 4 — сосуд Дьюара; 5 — вакуумно-порошковая изоляция; 6 — жидкий хладагент.

Рисунок 7 - Устройство подачи хладагента с помощью сжатого газа.

5 Испытания на воздействие невесомости

Испытания ЭС на влияние  невесомости проводят для исследования их работоспособности в условиях невесомости. Для имитации этих условий  применяют различные методы. Кратковременное состояние невесомости может быть достигнуто с помощью специально оборудованного самолета, выполняющего маневр по кеплеровским траекториям. Одна из них, позволяющая достигать полной невесомости в течение 12... 15 с, показана на рисунке 8. Время тн действия невесомости можно увеличить, повышая скорость v самолета в точке 2. Так, если при v= 465 км/ч тн =12...15 с, то при v— 800 км/ч тн = 34 с, а в сверхзвуковом самолете тн ≈4 мин.

Для проведения точных экспериментов  по изучению парообразования, кипения, конденсации, поведения топлива в баках и т. д. необходимо, чтобы возмущающие механические силы (например, вибрации) были устранены. С этой целью применяют «плавающие» контейнеры, внутри которых размещают испытываемые изделия и контрольно-измерительную аппаратуру. В начале полета контейнер удерживается на упругих растяжках в середине кабины самолета, но по достижении состояния невесомости растяжки отстегиваются и контейнер движется свободно по эллиптической траектории. Если требуется, чтобы перед наступлением невесомости жидкость длительное время не подвергалась внешним возмущениям, для проведения испытания используют вертикальные башни, с которых сбрасывают контейнеры с приборным оборудованием. При поддержании вакуума внутри башни свободно падающее в ней тело находится в состоянии невесомости в течение всего времени падения. Однако контейнер, падая в вакууме, развивает очень большую скорость (около 2100 км/ч) в конце участка падения. Кроме того, для увеличения продолжительности периода невесомости требуется сооружать высокие башни. Поэтому на практике строят башни без вакуумируемой шахты и приемлемой высоты.

1 - пикирование под  углом 10°; 2 - начало восходящей  части траектории (v= 465 км/ч; перегрузка 2,5g); 3 - начало траектории с нулевой перегрузкой (наступление невесомости);    4 - окончание состояния невесомости; 5 - начало перегрузки; 6 - высота полета.

Рисунок 8 - Маневр, выполняемый  на самолете с целью имитации состояния

невесомости

1 - зажимное устройство; 2 - контейнер с испытываемым изделием и контрольно-измерительной аппаратурой; 3 - вакууммированная капсула; 4 – демпфер.

Рисунок 9 - Схема падающего капсулированного контейнера.

H1 - высота падения  контейнера; Н2 - высота падения капсулы.

Чтобы приблизить условия испытания к условиям невесомости, необходимо уменьшить силу аэродинамического торможения контейнера, отнесенную к единице его массы. С этой целью контейнер с приборным оборудованием помещают внутри верхней части вакуумированной капсулы, которую сбрасывают с вершины башни в обычной атмосфере (Рис. 9). По мере торможения капсулы о воздух внутренний контейнер постепенно приближается к переднему концу капсулы, оставаясь, все время в состоянии свободного падения. Для реализации описанного метода испытания высота башни должна быть около 300 м, что обеспечивает имитацию невесомости в течение почти 8 с.

Применение ракет и спутников  для исследования влияния невесомости  позволяет увеличить время проведения научных экспериментов, но значительно  удорожает их.