СОЗДАНИЕ ИМИТАТОРА КОСМОСА НА БАЗЕ БАРОКАМЕРЫ – ЛАБОРАТОРИИ КОСМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ

Для реализации Программы развития космических исследований в Казахстане должен выполняться один из важных этапов - проведение наземных исследований и испытаний, которые могут предшествовать проведению экспериментов в условиях космического пространства. Проведение наземных исследований и испытаний позволит максимально снизить себестоимость, повысить оперативность и эффективность экспериментов. Для осуществления этих видов работ разрабатывается конструкция - имитатор космического пространства на базе барокамеры.

Целью создания имитатора космоса является:

-    проведение экспериментов космической направленности, которые можно смоделировать в земных условиях;

-    проведение предполетных исследований и испытаний в интересах проектов, находящихся на стадии подготовки;

-    проведение опытно-испытательных и научно-исследовательских работ экспериментов космической направленности;

-    получение перспективных новых материалов – интерметаллидов, металлов с памятью формы; использование в космической технологии титановых сплавов.

Имитатор космоса это наземная установка, состоящая из барокамеры, вакуумных насосов, электроприводов и контрольно-измерительной аппаратуры, позволяющей создать для исследуемого объекта условия максимально приближенные к характеристикам открытого космоса.

Основным элементом имитатора является барокамера для проведения термовакуумных испытаний, обеспечивающая создание космического вакуума, низкой температуры, солнечного, земного и лунного излучений. В соответствии с предполагаемыми космическими экспериментами имитатор оснащается современным оборудованием, основными элементами которого являются:

- криовакуумные и турбомолекулярные насосы;

- криогенные системы азотного, водородного и гелиевого уровня температур;

- системы имитации радиационного фона;

- инфракрасные и ультрафиолетовые – спектрометры.

Предлагаемая барокамера изготавливается из нержавеющей стали, с криоэкранами из меди и алюминия, с присоединительными фланцами разных стандартов и размеров. Системы охлаждения - криоэкран, специальные системы с жидким азотом в качестве криоагента [2, с. 255]. В охлаждаемой зоне внутри криоэкранов возможна установка дополнительных термостолов. Эти термостолы могут иметь отдельную систему охлаждения и нагрева в диапазоне температур от 10 К до 80 К (10 К = - 263 °С, 80 К = - 193 °С).

Основные технические характеристики имитатора космоса имеют следующие значения [2, с. 18]:

- размеры вакуумной камеры – не менее 9 м³. Представляет собой цилиндр диаметром 2 м и длиной 4 м;

- вакуум в камере – 10^-9 мм. рт. ст.;

- температура охлаждаемого экрана – 76 К (- 197 °С);

- температура криостата – от 12 К (- 261 °С).

На рисунке 1 представлен основной вид имитатора космоса на базе барокамеры.

Рисунок 1. Основной вид имитатора космоса

Представляется вполне разумным создание такого имитатора космоса на территории космодрома «Байконур», что позволит использовать имеющееся оборудование и узлы вакуумной установки (барокамера её составная часть).

Существующие аналоги имитатора космоса представляют из себя систему для полномасштабных испытаний, или камеру для проведения экспериментов и работ с узлами оборудования. Один из самых крупных имитаторов расположен в городе Пересвет Московской области и на рисунке 2 представлены основные параметры.

Рисунок 2. Основные параметры

Для проведения испытаний в рамках программы развития космической деятельности Республики Казахстан можно использовать имитатор космоса, представляющим из себя криовакуумную камеру [1, с. 522]. Такой наиболее часто используемый имитатор космоса изображен на рисунке 3.

Рисунок 3. Криовакуумная камера для проведения термовакуумных испытаний оборудования

Еще одним преимуществом размещения имитатора космоса на космодроме «Байконур» является наличие на его территории кислородно-азотного завода, а также криогенных заправочных систем. Кроме того, на космодроме имеются локальные криогенные системы, что позволяет планировать на имитаторе космического пространства проведение большого количества разнообразных экспериментов. Это оборудование также могло бы стать основой для исследования в области космического материаловедения [3, с. 352]. Появится возможность получения перспективных новых материалов – интерметаллидов, металлов с памятью формы; использование в космической технологии титановых сплавов.

Большой резерв в повышении свойств конструкций ракетно-космической техники лежит в использовании интерметаллидных соединений. Эти материалы имеют низкую плотность 3,7...6,0 г/см³, обладают высокой жаропрочностью до 1200 °С, высокими характеристиками коррозионной, жаростойкости, износостойкости. Для разработки жаропрочных конструкционных материалов на основе интерметаллидных соединений наибольший интерес представляют системы титан-алюминий и никель-алюминий, железо-хром-алюминий. Которые можно получить только в условиях глубокого вакуума и невесомости в процессе кристаллизации. Эти условия могут быть реализованы на базе барокамеры и других вакуумных установок.

Одним из перспективных направлений считается внедрение в космические технологии титановых сплавов. Титановые сплавы открывают широкие перспективы для применения титана в ракетостроении вместо нержавеющих сталей, что позволит практически втрое улучшить массовые характеристики изделий. Использование сплавов титана с никелем создаст уникальные по свойствам конструкции, обладающие памятью формы, которые значительно упростят и увеличат надёжность огромного числа конструктивных элементов космических аппаратов и ракет-носителей. Появится возможность создавать самораскрывающиеся солнечные батареи без привода, абсолютно надёжные и лёгкие узлы расстыковки, самораскрываемые зеркала антенн неограниченных размеров.

Научную лабораторию материаловедения можно расположить на одной из площадок космодрома «Байконур». Для размещения научной лаборатории необходимо будет площадь равная около 5000 кв.м.

Чем интенсивнее и плодотворнее будут развиваться космические исследования, тем быстрее будет решена задача в сфере космической деятельности – это создание космической отрасли как высокотехнологичного и наукоемкого сектора экономики, который способствует ускорению индустриально-инновационного развития Республики Казахстан, развитию науки и высоких технологий.

Список литературы:

1. Архаров А. М., Афанасьев В. Н. Теплотехника: учебник для вузов - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2016. - 876 с.
2. Розанов Л.Н. Вакуумная техника.- 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1990. - 320 с.
3. Пипко А.И., Плисковский В.Я., Королев Б.И., Кузнецов В.И. Основы вакуумной техники: Учебник для техникумов - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоиздат, 1981.- 432 с.