СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩЕГО ПОКРЫТИЯ НА РАДИАЦИОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ КОСМИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА И ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩЕЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ РАДИАЦИОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ КОСМИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА Российский патент 2023 года по МПК C09D1/00 C09D5/02 C09D5/33 C09D7/80 C01B33/20 

Предлагаемые решения относятся к космической технике и предназначены для обеспечения и поддержания в космическом пространстве необходимых температурных условий космических объектов (КО).

На КО в процессе полета воздействую перепады температур от минус 150 до плюс 150, глубокий вакуум, интенсивное ионизирующее излучение (электронное, протонное и УФ - излучение). Решающее воздействие оказывают тепловое и коротковолновое ультрафиолетовое излучение Солнца. В вакуумном пространстве отсутствует конвективная теплопередача, терморегулирование КО осуществляется за счет поверхностных свойств покрытий с определенными значениями поглощательной способности солнечной радиации и степени черноты.

Поглощательная способность солнечной радиации и степень черноты наружных поверхностей различной аппаратуры являются одними из основных характеристик, которые учитываются при расчете систем терморегулирования КО. Поглощательная способность солнечной радиации (As) есть отношение поглощенной лучистой энергии Солнца ко всей падающей энергии солнечного излучения. Степень черноты (ε) есть отношение излучаемой телом энергии к энергии излучаемой абсолютно черного тела при той же температуре. Величины и являются относительными, безразмерными и изменяются от 0 до 1. Отношение поглощательной способности солнечной радиации к степени черноты (As/ε) - определяющая характеристика терморегулирующих покрытий, от которой зависит равновесная температура КО.

Терморегулирующие покрытия с малым соотношением величин (менее 1) используются в системах терморегулирования на радиационных поверхностях для уменьшения притока тепла от работающей аппаратуры.

Эти покрытия должны иметь минимальное значение поглощательной способности солнечной радиации и максимальное значение степени черноты, обладать стабильностью этих величин, в том числе сохраняя свою целостность в условиях производства и эксплуатации.

Целостность покрытий, отсутствие дефектов на их поверхности находится в прямой зависимости от подготовки поверхности под нанесение покрытия. Для металлических поверхностей лучшее сцепление покрытия с подложкой дает пескоструйная обработка. Однако, для тонкостенных металлических конструкций (толщиной около 1 мм), пескоструйная обработка поверхности под нанесение покрытия нежелательна, т.к. вызывает коробления и деформации. Также пескоструйная обработка невозможна при нанесении покрытия на неметаллические поверхности.

Известен способ установки терморегулирующего покрытия на радиационные поверхности КО и радиационное покрытие (патент РФ 2248954, МПК: С04 В 41/87). Это покрытие, включающее калий метасиликат, цирконий (IV) оксид модифицированный и дистиллированную воду, имеет начальные значения As 0,13-0,15, а при пребывания в открытом космическом пространстве более 10 лет значение увеличивается до 0,24-0,25, что значительно повышает температуру поверхности КО. Способ установки терморегулирующего покрытия на радиационные поверхности КО заключается в подготовке шликера и нанесении его на подготовленную поверхность в 2-3 слоя методом пневматического распыления.

Основные недостатки аналога:

- покрытие не позволяет получать поверхности со значениями As менее 0,13, что приводит к увеличению площади радиационных поверхностей и увеличению массы конструкции;

- покрытия имеют небольшой срок эксплуатации без увеличения температуры поверхности КО;

Известны способ формирования терморегулирующего покрытия на радиационные поверхности космического объекта и терморегулирующее покрытие, являющиеся наиболее близкими и выбранные в качестве прототипа, описанные в патенте патент РФ 2421490 С1, МПК: C09D 1/02. При этом способ содержит распыление композиции из силикатного связующего, соли щелочноземельного элемента BaSO₄, добавки алюмината бария или лития, дистиллированной воды. Терморегулирующее покрытие содержит композицию из силикатного связующего, соли щелочноземельного элемента BaSO₄, добавки алюмината бария или лития и дистиллированной воды. Покрытие имеет исходное значение As = 0,10-0,12, не превышающее 0,33 при эксплуатации в течение 15 лет, значение 8 не менее 0,9.

Недостатком прототипа является низкая адгезия при нанесении покрытия на тонкостенные и сложные криволинейные поверхности, что приводит к многочисленным отслоениям и соответственно к нежелательному увеличению температуры поверхности КО, невозможность получения покрытия на неметаллических поверхностях.

Задачей заявленного изобретения является формирование терморегулирующего покрытия с низким значением отношения коэффициента поглощения солнечной радиации к степени черноты при длительной эксплуатации, обеспечивающее высокую адгезию при нанесении терморегулирующего покрытия на тонкостенные радиационные поверхности.

Поставленная задача достигается тем, что в способе формирования терморегулирующего покрытия на радиационной поверхности космического объекта, включающем распыление композиции из силикатного связующего, соли щелочноземельного элемента BaSO₄, добавки алюмината бария или лития, дистиллированной воды; в отличие от известного, предварительно на радиационную поверхность наносят последовательно слой грунтовки ВЛ-02, слой эмали АК-512 белая с вязкостью в состоянии поставки по ВЗ-4 от 60 до 85 с и массовой долей нелетучих веществ от 54 до 58% толщиной от 80 до 100 мкм и создают на ее поверхности сплошную сетку рисок глубиной от 15 до 45 мкм, после чего распыляют композицию из силикатного связующего, соли щелочноземельного элемента BaSO₄, добавки алюмината бария или лития, дистиллированной воды.

Поставленная задача достигается тем, что в терморегулирующем покрытии для радиационной поверхности космического объекта, содержащем композицию из силикатного связующего, соли щелочноземельного элемента BaSO₄, добавки алюмината бария или лития и дистиллированной воды, в отличие от известного, дополнительно введены слой грунтовки ВЛ-02, нанесенный непосредственно на радиационную поверхность космического объекта, и слой эмали АК-512 белая с вязкостью в состоянии поставки по ВЗ-4 от 60 до 85 с и массовой долей нелетучих веществ от 54 до 58% толщиной от 80 до 100 мкм, нанесенный на слой грунтовки ВЛ-02, на который нанесена композиция из силикатного связующего.

В результате предлагаемого технического решения достигается формирование терморегулирующего покрытия, пригодного для тонкостенных радиационных поверхностей, с низким значением отношения коэффициента поглощения солнечной радиации к степени черноты при длительной эксплуатации, при этом значение адгезии к металлической поверхности не более 2 баллов по ГОСТ 15140-78.

Также введение слоев грунтовки ВЛ-02 и эмали АК-512 белая дает ряд дополнительных преимуществ:

- снижается толщина силикатного слоя покрытия до двух раз, благодаря чему повышается эластичность покрытия в целом, крайне необходимая при проведении монтажных и сборочных работ, в процессе которых радиационные поверхности подвергаются деформациям;

- снижается масса покрытия;

- с уменьшением толщины силикатного слоя покрытия облегчается удаление воздуха из пор покрытия в вакууме, что в свою очередь приводит к повышению его надежности в условиях эксплуатации;

- плавное изменение коэффициента термического расширения при смене температур в условиях эксплуатации, что снижает вероятность образования трещин в покрытии;

- в случае сколов и отслоений силикатного слоя (например, при внекорабельной деятельности экипажа) на металлической поверхности останется слой эмали АК-512 белой, являющейся самостоятельным терморегулирующим покрытием;

- возможность нанесения покрытия на неметаллические материалы.

На фиг.1 показано терморегулирующее покрытие

1 - тонкостенная радиационная поверхность КО;

2 - слой грунтовки ВЛ-02;

3 - слой эмали АК-512 белая;

4 - композиция из силикатного связующего, соли щелочноземельного элемента BaSO₄, добавки алюмината бария или лития, дистиллированной воды.

Способ изготовления терморегулирующего покрытия осуществляется следующим образом. Перед процессом нанесения на подготовленную металлическую поверхность КО (1) наносят последовательно слой грунтовки ВЛ-02 (2) а на нее слой эмали АК-512 белой (3), причем последнюю (поверхность эмали) зачищают после высыхания шлифовальной шкуркой марок 25А, 24А, 23А, 15А, 14А, 13А с зернистостью от 50 до 32 во взаимно-перпендикулярных направлениях, а затем в двух диагональных направлениях до полного исчезновения глянца и создания на всей поверхности шероховатости с рисками глубиной от 15 до 45 мкм, после чего обдувают сжатым воздухом и протирают дистиллированной водой для полного удаления продуктов зачистки. При глубине рисок менее 15 мкм поверхность имеет недостаточную шероховатость и адгезия покрытия ухудшается, а при рисках более 45 мкм частично сошлифовывается слой эмали АК-512 белой, снижается общая толщина покрытия, что ухудшает оптические характеристики. Преимущественным является диапазон глубины рисок от 20 до 30 мкм. Для создания слоя эмали АК-512 белой, пригодного для зачистки с требуемой глубиной рисок, используют материал с условной вязкостью по вискозиметру ВЗ-4 в состоянии поставки от 60 до 85 с и массовой долей нелетучих веществ от 54 до 58%. При более высокой вязкости требуется больше растворителя при доведении эмали до рабочей вязкости при нанесении эмали пульверизацией, в результате образуется плотный, недостаточно наполненный пигментом слой, с трудом поддающийся зачистке; при более низкой вязкости содержание нелетучих веществ будет менее 54%, что также увеличит твердость слоя и затруднит зачистку. Диапазон толщин слоев грунтовки и эмали после нанесения от 80 до 100 мкм подобран таким образом, чтобы с одной стороны получить необходимую общую толщину покрытия, обеспечивающую заданные оптические характеристики, а с другой стороны не превысить массу покрытия. На зачищенный слой эмали АК-512 белая наносят силикатный слой, представляющий собой композицию из силикатного связующего, наполнителя - сульфата бария с добавками алюмината бария или лития и дистиллированной воды (4). Нанесение проводят методом пульверизации в два слоя до общей толщины терморегулирующего покрытия от 170 до 270 мкм. При толщине менее 170 мкм будет увеличиваться коэффициент поглощения солнечной радиации, а при толщине более 270 мкм увеличится масса покрытия, а также может происходить самопроизвольное его отслоение.

Изобретение относится к терморегулирующему покрытию для радиационной поверхности космического объекта и к способу формирования этого покрытия. Способ заключается в том, что предварительно на радиационную поверхность наносят последовательно слой грунтовки ВЛ-02, слой эмали АК-512 белая с вязкостью в состоянии поставки по ВЗ-4 от 60 до 85 с и массовой долей нелетучих веществ от 54 до 58% толщиной от 80 до 100 мкм и создают на ее поверхности сплошную сетку рисок глубиной от 15 до 45 мкм. После этого распыляют композицию из силикатного связующего, соли щелочноземельного элемента BaSO₄, добавки алюмината бария или лития, дистиллированной воды. Технический результат изобретения - формирование терморегулирующего покрытия с низким значением отношения коэффициента поглощения солнечной радиации к степени черноты при длительной эксплуатации, обеспечивающее высокую адгезию при нанесении терморегулирующего покрытия на тонкостенные радиационные поверхности. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ формирования терморегулирующего покрытия на радиационной поверхности космического объекта, включающий распыление композиции из силикатного связующего, соли щелочноземельного элемента BaSO₄, добавки алюмината бария или лития, дистиллированной воды, отличающийся тем, что предварительно на радиационную поверхность наносят последовательно слой грунтовки ВЛ-02, слой эмали АК-512 белая с вязкостью в состоянии поставки по ВЗ-4 от 60 до 85 с и массовой долей нелетучих веществ от 54 до 58% толщиной от 80 до 100 мкм и создают на ее поверхности сплошную сетку рисок глубиной от 15 до 45 мкм, после чего распыляют композицию из силикатного связующего, соли щелочноземельного элемента BaSO₄, добавки алюмината бария или лития, дистиллированной воды.

2. Терморегулирующее покрытие для радиационной поверхности космического объекта, содержащее композицию из силикатного связующего, соли щелочноземельного элемента BaSO₄, добавки алюмината бария или лития и дистиллированной воды, отличающееся тем, что дополнительно введены слой грунтовки ВЛ-02, нанесенный непосредственно на радиационную поверхность космического объекта, и слой эмали АК-512 белая с вязкостью в состоянии поставки по ВЗ-4 от 60 до 85 с и массовой долей нелетучих веществ от 54 до 58% толщиной от 80 до 100 мкм, нанесенный на слой грунтовки ВЛ-02, на который нанесена композиция из силикатного связующего, соли щелочноземельного элемента BaSO₄, добавки алюмината бария или лития и дистиллированной воды.