ЭКРАННО-ВАКУУМНАЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА Советский патент 2006 года по МПК B64G1/58 

Настоящее изобретение относится к космической технике, а более конкретно к тепловой защите космических аппаратов.

Известна экранно-вакуумная теплоизоляция (ЭВТИ) космического аппарата, состоящая из последовательно расположенных облицовочного слоя из солнцеотражающего материала и набора экранов, изготовленных из металлической фольги или полимерных пленок, металлизированных алюминием с одной или двух сторон, разделенных прокладочным материалом из стекловуали (ОСТ 92-1380-83).

В качестве прототипа выбрана теплозащита по авторскому свидетельству №1840181, МКИ В 64 G 9/00, 2006 (фиг.1), состоящая из металлизированных с одной стороны полиэтилентерефталатных пленок (1), разделенных прокладочным материалом из стекловуали ЭВТИ-7 (2), и облицованная сверху и снизу аримидной тканью арт. 56420 обр. 5388-84 (3).

В условиях космического полета, когда на поверхность теплоизоляции падает электромагнитное излучение Солнца из-за частичной прозрачности облицовочной ткани и экранов внутри теплоизоляции, вследствие переотражения возникает "парниковый эффект" - разогрев первых внутренних экранов до максимальных температур. На фиг.2 показано распределение температур в теплоизоляции в зависимости от слоя экранов. Максимальное значение температуры наблюдается на 2-3 экранах теплоизоляции. Эти температуры могут отличаться от температур внешнего облицовочного слоя на 20-100К (в зависимости от оптических свойств облицовочного материала и экранов). Повышение температуры приводит к ухудшению теплоизоляционных свойств ЭВТИ и может вызвать ее частичное или полное разрушение и особенно в зоне концентрации отраженных потоков, в острых углах и впадинах, где наблюдается также и частичное уплотнение теплоизоляции, которое также уменьшает термическое сопротивление.

На повышение максимальной температуры в слоях экранов теплоизоляции существенную роль играют оптические свойства этих экранов, такие как интегральная излучательная способность (ε) и коэффициент поглощения солнечного излучения экранов (А_s).

Оптические коэффициенты материалов, используемых в прототипе и в предлагаемом ЭВТИ, приведены в таблице

МатериалыА_SεПМ-1ЭУ-ОА0,230,52ПМ-1ЭУ-ДА0,140,05ПЭТ-ДА0,190,06АЭТ-ОА0,180,37

Как видно из таблицы, пленки прототипа марки ПЭТ-ОА имеют низкую излучательную способность по сравнению с первыми пленками марки ПМ-IЭУ-ОА предлагаемого мата ЭВТИ, а следовательно, они обладают меньшей способностью излучать тепло, что повышает максимальную температуру теплоизоляции. Вследствие "парникового эффекта" и переотражения излучения в острых углах теплоизоляции прототипа в зоне максимальных температур, которые достигают 473К и выше, происходит разрушение полиэтилентерефталатных пленок, термостойкость которых до 427К. Разрушение пленок снижает термическое сопротивление теплоизоляции, что может привести к выходу из строя изделия в полете.

Цель изобретения - повышение надежности, долговечности, увеличение термического сопротивления и термостойкости экранно-вакуумной тепловой изоляции изделия.

Поставленная цель достигается тем, что между облицовочным слоем и экранами, выполненными из полиэтилентерефталатной пленки, введено пять дополнительных экранов, выполненных из полиамидной пленки, причем первый, второй и третий экраны металлизированы алюминием со стороны, противоположной наружному облицовочному слою, а четвертый и пятый и остальные экраны металлизированы алюминием с двух сторон.

Проведенный поиск по основным и смежным рубрикам МКИ не выявил указанных отличительных признаков, что дает основание считать их новыми, а заявленное техническое решение - соответствующим критерию "Существенные отличия".

Экранно-вакуумная тепловая изоляция (фиг.3) состоит из внешнего и внутреннего облицовочного материала (1) (аримидная ткань артикул 56420 обр.5388-84), трех слоев полиимидной пленки ПМ-1ЭУ-ОА с односторонней металлизацией алюминием (2), обращенной неметаллизированной поверхностью к внешнему облицовочному слою ткани, двух слоев полиимидной пленки ПМ-1ЭУ-ДА (3) с двухсторонней металлизацией алюминием и остальное полиэтилентерефталатная пленка ПЭТ-ДА (4) с двухсторонней металлизацией алюминием. Пленки разделены прокладочным материалом ЭВТИ-7 (5).

Пять дополнительных экранов из полиамидной термостойкой пленки с рабочей температурой до 573К размещены в зоне повышения температур, возникающих при "парниковом эффекте". Термическое сопротивление изоляции зависит также от максимальной температуры нагрева теплоизоляции, а та в свою очередь зависит от соотношения оптических коэффициентов А_S, ε пакета ЭВТИ и определяется экспериментально (измерением). Обобщенной количественной величиной, характеризующей пакет ЭВТИ, может служить так называемая эффективная радиационная характеристика (A_S/ε}_ЭФФ, определяется как

где S₀ - солнечная постоянная,

σ - постоянная Стефана-Больцмана,

Т_max - максимальная температура изоляции.

Чем меньше (A_S/ε)_ЭФФ, тем в менее теплонапряженном режиме работает изоляция.

Эффективная радиационная характеристика для мата из пленки ПМ-IЭУ-OA

для мата из пленки ПЭТФ-OA

Как видно из расчета, предлагаемая теплоизоляция работает в менее теплонапряженном режиме.

Замена экранов из полиэтилентерефталатной пленки с односторонним напылением алюминием, как у прототипа, на эту же пленку с двухсторонним напылением алюминием также увеличивает термическое сопротивление всего мата теплоизоляции. Использование изобретения позволит повысить термическое сопротивление термостойкость ЭВТИ, а следовательно, и надежность и долговечность КА.

Изобретение относится к области средств тепловой защиты космических аппаратов. Теплоизоляция выполнена в виде пакета экранов из металлизированных алюминием с одной стороны полиэтилентерефталатных пленок, разделенных прокладками из стекловуали, размещенного между двумя слоями облицовочного материала. Она снабжена дополнительным пакетом из пяти экранов, выполненных из полиамидной пленки. Дополнительный пакет размещен между наружным облицовочным слоем и экранами из полиэтилентерефталатных пленок. Технический результат - повышение термического сопротивления и термостойкости. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Экранно-вакуумная теплоизоляция космического аппарата, выполненная в виде пакета экранов из металлизированных алюминием с одной стороны полиэтилентерефталатных пленок, разделенных прокладками из стекловуали, размещенного между двумя слоями облицовочного материала, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности путем увеличения термического сопротивления и термостойкости, она снабжена дополнительным пакетом из пяти, разделенных прокладками из стекловуали экранов, каждый из которых выполнен из полиимидной пленки, при этом дополнительный пакет размещен между наружным облицовочным слоем и экранами, выполненными из полиэтилентерефталатной пленки, и первый, второй и третий экраны дополнительного пакета металлизированы алюминием со стороны, противоположной наружному облицовочному слою, а четвертый и пятый металлизированы с двух сторон.2. Экранно-вакуумная теплоизоляция по п.1, отличающаяся тем, что экраны, выполненные из полиэтилентерефталатных пленок металлизированы алюминием с двух сторон.